尖晶石型金属氧化物材料的开发应用技术

成果介绍：材料工业作为我国七大战略性新兴产业、“中国制造 2025”重点发展的十大领域和科创板六大领域之一，是我国重要的战略性新兴产业，也是制造强国和国防工业发展的关键保障。新材料产业由于其技术密集性高、研发投入高、产品附加值高、国际性强、应用范围广等特点，已成为衡量一个国家国力与科技发展水平的重要指标。具有尖晶石结构的过渡金属氧化物由于其特殊的空间结构（AB2O4，(AB)3O4，ABCOx）,展现出良好的化学稳定性、耐磨损性、机械强度、热抗震性、优异的光学性能及催化性能，使得它们被广泛地应用在光学、电学、磁学、催化、能量的存储和转化领域。目前,该类材料的制备工艺主要包括传统高温固相法、微波焙烧法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、溶液燃烧法等,所制备材料的性能主要受过渡金属元素的配比条件、前驱体溶液的组分配比条件、陈化条件、煅烧条件等制备工艺参数的影响。因此，考虑到该类材料的制备工艺和应用开发，实现环保、低能耗、低成本的材料制备工艺和拓展材料的新应用具有重要的经济价值和社会效益。中科院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室研究团队长期以来致力于尖晶石型金属氧化物材料的开发应用技术研究，采用低成本、低能耗、操作工艺简单的制备技术实现了一系列尖晶石及类尖晶石型金属氧化物材料的规模化可控制备，并进一步拓展了该类材料在太阳能光热技术、功能性涂料、涂层技术以及电化学储能技术等方面的新应用。尖晶石型金属氧化物材料的制备技术特点：通过调整、优化前驱体配比，在低温条件下通过一次煅烧制备得到粒子尺寸分布均匀的纯相尖晶石型纳米金属氧化物粉体和化学成分均一、表面形貌均匀的尖晶石型金属氧化物薄膜材料；尖晶石型金属氧化物材料的拓展应用：1、锂离子电池正、负极电极材料；2、耐高温、耐腐蚀、隔热防护涂层；3、太阳能吸收涂层和红外热辐射涂层；4、油墨、颜料色剂。此外，研究团队还进行了功能型石墨涂层的开发研究工作，低成本条件下制备得到润滑性能好、抗磨损、抗氯气腐蚀、抗老化、耐高温等特性的石墨涂层。技术指标：1、低于500oC一次煅烧制备得到晶粒尺寸分布在10~50 nm的尖晶石型金属氧化物粉体材料和化学组分均一、表面形貌均匀的尖晶石型金属氧化物薄膜材料；2、尖晶石结构锰酸锂系锂离子电池正极材料的比容量为110 mA•g-1 （电流密度1A•g-1）;尖晶石结构钛酸锂系锂离子电池负极材料的比容量165 mA•g-1（1C, 1.3V-2.5V）; 三元正极材料的比容量200mA•g-1;3、尖晶石型涂料涂层的太阳能吸收值0.950~0.970、红外热发射值0.08~0.10，附着力为一级，具有良好的耐高温特性、耐盐雾腐蚀性、耐紫外老化性和疏水特性；4、尖晶石型陶瓷涂层的太阳能吸收值0.950~0.960、红外热发射值0.06~0.08，附着力为一级，具有良好的耐高温特性、耐盐雾腐蚀性。耐高温基红外热辐射涂层，热发射率为0.900。