本发明属于锂电池与超级电容器材料制备技术领域，特别是控制不同原料制备形貌为片状的金属氧化物。
背景技术：
锂离子电池因具有高电压、大容量、长循环寿命和安全性能好等特点，在便携式电子设备乃至电动汽车等领域均具有潜在的应用前景。开发锂离子电池的关键之一是寻找合适的负极材料，使电池具有足够高的锂嵌入量和很好的锂脱嵌可逆性，以保证电池的高电压、大容量和长循环寿命。金属氧化物由于具有独特晶体结构，良好的导电性能，在锂离子电池和超级电容器中有较大的应用前景。该制备方法主要是物理法和化学法，过程简单，成本低、效果明显。目前未在实验过程中，将一系列形貌为片状的金属氧化物的形貌的反应过程描述出来。采用静置沉淀法，通过控制反应物就可以制得形貌相同的金属氧化物，具有较强的可控性。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决问题，提供一种片状金属氧化物及其可控合成方法和用途。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种片状金属氧化物的可控合成方法，包括如下步骤：
(1)将0.5-3g的模板剂加入60-120ml的去离子水中，持续搅拌5-10min，至药品完全溶解；模板剂为2-甲基咪唑或对苯二甲酸或1,2,3,4-丁烷四羧酸；
(2)将金属盐加入上述溶液并持续搅拌10-15min，金属盐与模板剂的摩尔比为1:3～3:1，金属盐为含有钴、镍、锰、锌、铁其中一种的无机金属盐或乙酰丙酮化合物；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在60-100℃的温度下反应，时间范围为8h-16h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在60-90℃的温度下干燥4-6h，再放入管式炉，锻烧至250-700℃，保持4-8h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。
作为优选方式，步骤(1)中的模板剂为1,2,3,4-丁烷四羧酸，步骤(2)中的金属盐为乙酰丙酮锰。这样合成的材料结构规整，性能优异。
作为优选方式，步骤(1)中的模板剂为1,2,3,4-丁烷四羧酸，步骤(2)中的金属盐为含有钴、镍、锰、锌其中一种的无机金属盐或乙酰丙酮化合物，金属盐和模板剂的摩尔比为2:1。
作为优选方式，步骤(1)中的模板剂为对苯二甲酸，步骤(2)中的金属盐为含有钴、镍、锰、锌其中一种的无机金属盐或乙酰丙酮化合物，金属盐和模板剂的摩尔比为1:1，这样根据电荷守恒定律，金属盐中的金属离子与模板剂中的羧基能够完全反应。
作为优选方式，步骤(1)中的模板剂为1,2,3,4-丁烷四羧酸，步骤(2)中的金属盐为含铁的无机金属盐或乙酰丙酮化合物，金属盐和模板剂的摩尔比为4:3。这样根据电荷守恒定律，金属盐中的铁离子与模板剂中的羧基能够完全反应。
作为优选方式，步骤(1)中的模板剂为对苯二甲酸，步骤(2)中的金属盐为含铁的无机金属盐或乙酰丙酮化合物，金属盐和模板剂的摩尔比为2:3。这样根据电荷守恒定律，金属盐中的铁离子与模板剂中的羧基能够完全反应。
作为优选方式，所述方法具体包括如下步骤：
(1)将1g的2-甲基咪唑或对苯二甲酸或1,2,3,4-丁烷四羧酸加入80ml的去离子水中，持续搅拌8min，至药品完全溶解；
(2)按金属盐加入上述溶液并持续搅拌12min，金属盐与2-甲基咪唑或对苯二甲酸或1,2,3,4-丁烷四羧酸的摩尔比为1:2～2:1，金属盐为含有钴、镍、锰、锌、铁其中一种的无机金属盐或乙酰丙酮化合物；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在80℃的温度下反应，时间范围为12h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在70℃的温度下干燥5h，再放入管式炉，锻烧至600℃，保持4h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。
作为优选方式，步骤(4)锻烧的气氛为n2、ar、或者空气气氛。这样惰性气体不参与反应，空气气氛烧结增大材料的比表面积。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种上述方法合成的片状金属氧化物。
作为优选方式，片状金属氧化物的厚度为0.1um到1um。
为实现上述发明目的，本发明还提供上述片状金属氧化物作用电极材料的用途。
本发明的有益效果为：本发明采用静置沉淀的方式制备了形貌为片状的锂电池负极材料，工艺简单、流程短、操作容易、可控性好、设备投资较小。这种结构能扩大电极与电解质的相互作用，增强表面与界面能，抵消容量损失，所提供的负极材料锂电性能高。经过测试，本发明合成的片状金属氧化物负极材料1c的放电容量大于600mahg-1，2c的放电容量大于500mahg-1，可以大大提高锂离子电池的性能。
附图说明
图1为实施例1制得的片状氧化锰的sem图；
图2为实施例1制得的片状氧化锌的sem图；
图3为实施例1制得的片状氧化锰的充放电循环性能图；
图4为实施例1制得的片状氧化锰的充放电循环性能图；
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
从图1和图2可以看出氧化锰和氧化锌均为厚度约为0.2um的片状结构。
图3和图4为本实施例2片状金属氧化物充放电循环曲线。如图3所示，在1ag-1的充电倍率下，160圈后可逆容量能稳定在562mahg-1，在2ag-1的充电倍率下，350圈后可逆容量能稳定在490mahg-1。和同类物质相比，片状结构的氧化锰的性能有了较大提升。
实施例1
一种片状金属氧化物的可控合成方法，包括如下步骤：
(1)将0.5g的模板剂加入60ml的去离子水中，持续搅拌5min，至药品完全溶解；模板剂为2-甲基咪唑；
(2)将金属盐加入上述溶液并持续搅拌10min，金属盐与模板剂的摩尔比为1:3，金属盐为含有钴、镍、锰、锌、铁其中一种的无机金属盐,如硝酸盐，氯盐；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在60℃的温度下反应，时间范围为8h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在60℃的温度下干燥4h，再放入管式炉，锻烧至250℃，保持4h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。锻烧的气氛为n2、ar、或者空气气氛，使烧结后的物质只含有金属，氧，碳三种元素。
得到的片状金属氧化物的厚度为0.1um到1um。
实施例2
一种片状金属氧化物的可控合成方法，包括如下步骤：
(1)将3g的模板剂加入120ml的去离子水中，持续搅拌10min，至药品完全溶解；模板剂为1,2,3,4-丁烷四羧酸；
(2)将金属盐加入上述溶液并持续搅拌15min，金属盐与模板剂的摩尔比为3:1，金属盐为乙酰丙酮锰；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在100℃的温度下反应，时间范围为16h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在90℃的温度下干燥6h，再放入管式炉，锻烧至700℃，保持8h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。锻烧的气氛为n2、ar、或者空气气氛，使烧结后的物质只含有金属锰，氧，碳三种元素。
得到的片状金属氧化物的厚度为0.1um到1um。
实施例3
一种片状金属氧化物的可控合成方法，包括如下步骤：
(1)将1g的模板剂加入80ml的去离子水中，持续搅拌7min，至药品完全溶解；模板剂为1,2,3,4-丁烷四羧酸；
(2)按金属盐加入上述溶液并持续搅拌12min，金属盐与模板剂的摩尔比为2:1，金属盐为含有钴、镍、锰、锌其中一种的无机金属盐，如cocl2，nicl2，mncl2，co(no3)2，ni(no3)2，mn(no3)2；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在80℃的温度下反应，时间范围为10h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在70℃的温度下干燥5h，再放入管式炉，锻烧至350℃，保持5h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。锻烧的气氛为n2、ar、或者空气气氛，使烧结后的物质只含有金属，氧，碳三种元素。
得到的片状金属氧化物的厚度为0.1um到1um。
实施例4
一种片状金属氧化物的可控合成方法，包括如下步骤：
(1)将1.5g的模板剂加入100ml的去离子水中，持续搅拌8min，至药品完全溶解；模板剂为对苯二甲酸；
(2)将金属盐加入上述溶液并持续搅拌13min，金属盐与模板剂的摩尔比为1::1，金属盐为含有钴、镍、锰、锌其中一种的乙酰丙酮化合物；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在90℃的温度下反应，时间范围为12h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在90℃的温度下干燥6h，再放入管式炉，锻烧至450℃，保持6h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。锻烧的气氛为n2、ar、或者空气气氛。
得到的片状金属氧化物的厚度为0.1um到1um。
实施例5
一种片状金属氧化物的可控合成方法，包括如下步骤：
(1)将2g的模板剂加入110ml的去离子水中，持续搅拌9min，至药品完全溶解；模板剂为1,2,3,4-丁烷四羧酸；
(2)将金属盐加入上述溶液并持续搅拌14min，金属盐与模板剂的摩尔比为4:3，金属盐为含有铁的无机金属盐，如fe(no3)2，fecl2；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在100℃的温度下反应，时间范围为14h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在80℃的温度下干燥4h，再放入管式炉，锻烧至550℃，保持7h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。
得到的片状金属氧化物的厚度为0.1um到1um。
实施例6
一种片状金属氧化物的可控合成方法，包括如下步骤：
(1)将2.5g的模板剂加入120ml的去离子水中，持续搅拌10min，至药品完全溶解；模板剂为对苯二甲酸；
(2)将金属盐加入上述溶液并持续搅拌15min，金属盐与模板剂的摩尔比为2:3，金属盐为乙酰丙酮铁；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在65℃的温度下反应，时间范围为9h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在75℃的温度下干燥5h，再放入管式炉，锻烧至650℃，保持8h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。
得到的片状金属单氧化物的厚度为0.1um到1um。
实施例7
一种片状金属单氧化物的可控合成方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将1g的2-甲基咪唑加入80ml的去离子水中，持续搅拌8min，至药品完全溶解；
(2)将金属盐加入上述溶液并持续搅拌12min，金属盐与2-甲基咪唑的摩尔比为2:1，金属盐为含有钴、镍、锰、锌、铁其中一种的乙酰丙酮化合物；
(3)将上述制得的溶液转入油浴锅中，在80℃的温度下反应，时间范围为12h；
(4)将上述产物冷却到室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在70℃的温度下干燥5h，再放入管式炉，锻烧至600℃，保持4h，最后得到形貌为片状的金属氧化物。
得到的片状金属氧化物的厚度为0.1um到1um。
实施例8
将上述各实施例中得到的片状金属氧化物，经过如下方法制备得到电极材料：
(1)将所得的金属氧化物负极材料分别与导电剂乙炔黑、粘结剂pvdf(聚偏氟乙烯)按照质量比8：1：1混合后研磨均匀。
(2)用amp(1-甲基-2-吡咯烷酮)将此混合物调制成浆料，均匀涂覆在铜箔上。
(3)80℃真空干燥12小时，制得实验电池的极片。
制备出的材料形貌为薄片状，厚度只有两百纳米，纳米级的材料由于进行电化学反应时锂离子扩散路径较短而具有更优异的电化学性能，大大提升了材料的倍率性能，而微米级的直径又使其加工性能(正极材料调浆)优于普通纳米材料。电解液浸润良好，因此容量较常规产品高，倍率和循环性能优。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。