本發(fā)明涉及正極材料，具體涉及一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、混合型電容器屬于多層結(jié)構(gòu)電容器的一種。它是由兩種或兩種以上的電介質(zhì)構(gòu)成的電容器，通常是將一種具有高介電常數(shù)但損耗大的介質(zhì)和一種具有低介電常數(shù)但損耗小的介質(zhì)疊合在一起制成。其結(jié)構(gòu)可以是交錯層疊或平行層疊?；旌闲碗娙萜鞯慕Y(jié)構(gòu)與普通電容器相似，只是將不同的電介質(zhì)分別涂在電極間，并將兩部分電介質(zhì)通過自由端相連?！白杂啥恕本褪请娙萜鞯囊€，其表面一般仍然覆蓋一層絕緣層，以防止在引線附近出現(xiàn)擊穿。

2、混合電容器通常根據(jù)其在內(nèi)部穿梭的陽離子命名，包括鋰離子電容器(lic)、鈉離子電容器(nic)、鉀離子電容器(kic)、鋅離子電容器(zic)、鎂離子電容器、鈣離子電容器和鋁離子電容器等。混合電容器又可分為一價態(tài)離子混合電容器和多價態(tài)離子混合電容器。一價態(tài)離子混合電容器中有機電解液的高危險性和不環(huán)保制約了發(fā)展。多價態(tài)離子混合電容器應(yīng)運而生，鋅離子混合電容器就是其中之一。鋅是一種具有高度安全性、環(huán)境友好、價格低廉和良好電化學(xué)性能的金屬。

3、鋅離子混合電容器是一種新興可持續(xù)的電化學(xué)能源儲存器件，具有水系鋅離子電池高能量密度和超級電容器高功率密度的優(yōu)點，是許多科研人員選擇的方向。

4、在各種鑭基鈣鈦礦氧化物(lamno3、lanio3、lafeo3)等中，lacoo3被認(rèn)為是超級電容器電極的有前途和有效的材料，因為鈷原子的多種氧化態(tài)(co2+、co3+和co4+)，提供了優(yōu)異的電化學(xué)氧化還原特性。除此之外，鈷酸鑭具有優(yōu)異的電子結(jié)構(gòu)、出色的離子導(dǎo)電性和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。但是，鈷酸鑭對環(huán)境要求高，在低溫下容易發(fā)生過充或過放電，在高溫下可能導(dǎo)致爆炸或著火，這嚴(yán)重阻礙了其廣泛應(yīng)用，如何提高鑭基鈣鈦礦型材料應(yīng)用于電池/電容器的倍率性能及循環(huán)性能成為目前亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，而提供一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料及其應(yīng)用。

2、本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的第一個方面提供了一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料，其制備方法包括如下步驟：

4、s1、將金屬鹽溶解在溶劑中得到混合溶液，所述金屬鹽包括鈷鹽和/或鋅鹽、及鑭鹽；

5、s2、將檸檬酸加到混合溶液中，加熱攪拌到完全溶解后，在120-180℃水熱反應(yīng)8-12h，過濾干燥后得到前驅(qū)體；

6、s3、將前驅(qū)體研磨成粉末，高溫煅燒得到球狀lam(co1-xznx)no3材料，其中，x∈[0，1]，3m+2n＝6，n＞0，m＞0。

7、優(yōu)選的，溶劑為乙醇溶液。

8、優(yōu)選的，所述n：m＝1：(0.5-1.5)。進一步的可優(yōu)選設(shè)置為1：1，從而制得laco1-xznxo3，其中，x可以設(shè)置為0.25，0.5，0.75。

9、優(yōu)選的，所述金屬鹽與檸檬酸的摩爾比為1：(0.5-1.5)。

10、優(yōu)選的，步驟s2中，前驅(qū)體干燥溫度為80-120℃。

11、優(yōu)選的，步驟s3中，高溫煅燒溫度為700-1100℃。

12、優(yōu)選的，步驟s3中，高溫煅燒時間為1-3h。

13、優(yōu)選的，步驟s1中，所述鈷鹽包括硝酸鈷，鋅鹽包括硝酸鋅，鑭鹽包括硝酸鑭。

14、本發(fā)明的第二個方面提供了一種如上所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料在電池或電容器中的應(yīng)用。其中，電池包括鋅離子電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池、鈣離子電池、鎂離子電池等，電容器包括鋅離子電容器、鋰離子電容器、鈉離子電容器、鉀離子電容器、鈣離子電容器、鎂離子電容器，可根據(jù)具體需要選擇負(fù)極材料及電解液類型制得目標(biāo)電池/電容器。

15、本發(fā)明的第三個方面提供了一種如上所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料在鋅離子電池或鋅離子電容器中的應(yīng)用。

16、本發(fā)明的第四個方面提供了一種正極極片，其包括電解質(zhì)材料，所述電解質(zhì)材料包括如上所述的球狀鑭基鈣鈦礦型材料。

17、優(yōu)選的，所述正極極片的制備方法包括如下步驟：

18、(1)將nmp加入容器，并依次向容器中加入pvdf、活性物質(zhì)、科琴黑，并攪拌0.5-1.5h。其中，活性物質(zhì)：科琴黑：pvdf的質(zhì)量比優(yōu)選為8:1:1；

19、(2)繼續(xù)向容器中加入球狀鑭基鈣鈦礦型材料攪拌4-8h得到漿料；

20、(3)將漿料涂布在不銹鋼片上，之后在80-120℃的溫度下真空干燥8-12h，烘干后取出、壓片。

21、本發(fā)明的第五個方面提供了一種電容器，包括第一負(fù)極殼、彈片、墊片、第二負(fù)極殼、電解液、隔膜、正極極片、正極殼，其中，所述正極極片包括如上所述的正極極片，并按照負(fù)極殼、彈片、墊片、負(fù)極、電解液、隔膜、正極極片、正極殼的順序依次組裝得到。

22、優(yōu)選的，所述電容器為鋅離子電容器，所述負(fù)極包括鋅片，所述電解液包括1-3mol·l-1znso4。

23、本發(fā)明的有益效果如下：

24、首先，本發(fā)明利用水熱合成法制備得到了具有球狀形貌的lam(co1-xznx)no3，將其制成電極應(yīng)用于電容器和電池中，電化學(xué)性能良好，倍率性能及循環(huán)性能顯著提高，在低溫下不容易發(fā)生過充/過放電，在高溫下不易爆炸/著火，這種基于新型球狀鑭基鈣鈦礦型材料制得電極的新型混合超級電容器的優(yōu)異電化學(xué)性能證實了這種新型電極材料在下一代混合電容器電極中的良好適用性。

25、再者，本發(fā)明對鋅摻入比例進行優(yōu)選，得出適當(dāng)?shù)匿\摻入可以增加材料比表面積，提高材料對電解液的浸潤作用，同時可以增加材料中電荷遷移速度，進一步強化其作為正極材料的應(yīng)用前景。在本發(fā)明的一個實施例中，0.1a·g-1-2ag-1的電流密度下，laco0.25zn0.75o3的比電容與能量密度顯著升高，其中比電容達到了8.465f·g-1，表現(xiàn)出了極好的電容性能。

技術(shù)特征：

1.一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料，其特征在于，其制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料，其特征在于：所述n：m＝1：(0.5-1.5)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料，其特征在于：所述金屬鹽與檸檬酸的摩爾比為1：(0.5-1.5)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料，其特征在于：步驟s3中，高溫煅燒溫度為700-1100℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料，其特征在于：步驟s3中，高溫煅燒時間為1-3h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料，其特征在于：步驟s1中，所述鈷鹽包括硝酸鈷，鋅鹽包括硝酸鋅，鑭鹽包括硝酸鑭。

7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料在電池或電容器中的應(yīng)用。

8.如權(quán)利要求1-6任一項所述的一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料在鋅離子電池或鋅離子電容器中的應(yīng)用。

9.一種正極極片，其特征在于：其包括電解質(zhì)材料，所述電解質(zhì)材料包括權(quán)利要求1-6任一項所述的球狀鑭基鈣鈦礦型材料。

10.一種電容器，其特征在于：包括負(fù)極殼、彈片、墊片、負(fù)極、電解液、隔膜、正極極片、正極殼，其中，所述正極極片包括權(quán)利要求9所述的正極極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種球狀鑭基鈣鈦礦型材料及其應(yīng)用，本發(fā)明利用水熱合成法制備得到了具有球狀形貌的La<subgt;m</subgt;(Co<subgt;1?x</subgt;Zn<subgt;x</subgt;)<subgt;n</subgt;O<subgt;3</subgt;，將其制成電極應(yīng)用于電容器和電池中，電化學(xué)性能良好，倍率性能及循環(huán)性能顯著提高，在低溫下不容易發(fā)生過充/過放電，在高溫下不易爆炸/著火，這種基于新型球狀鑭基鈣鈦礦型材料制得電極的新型混合超級電容器的優(yōu)異電化學(xué)性能證實了這種新型電極材料在下一代混合電容器電極中的良好適用性。在本發(fā)明的一個實施例中，0.1A·g<supgt;?1</supgt;?2A·g<supgt;?1</supgt;的電流密度下，LaCo<subgt;0.25</subgt;Zn<subgt;0.75</subgt;O<subgt;3</subgt;的比電容與能量密度顯著升高，其中比電容達到了8.465F·g<supgt;?1</supgt;，表現(xiàn)出了極好的電容性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉正,左巧靈,曾文君,李欣茹
受保護的技術(shù)使用者：湖南城市學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15