一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法，以可溶性锂盐、二价可溶性锰盐和高锰酸钾为原料，以萘为模板剂、尿素为沉淀剂，通过水热反应和煅烧，得到纺锤体形的锰酸锂空心管，其长度为200‑800nm。本发明专利技术利用萘的易升华特性，作为模板剂，通过水热反应得到前驱体，再对前驱体进行煅烧，萘发生升华从锰酸锂材料中逸出，锰酸锂在高温下进一步提高结晶度，最终得到纺锤体形的锰酸锂空心管。所述纺锤体形锰酸锂空心管可以作为锂电池正极材料，提高锂电池的比容量和功率密度，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法
本专利技术涉及一种锰酸锂材料的制备方法，特别是涉及一种具有纺锤体形的锰酸锂空心管的制备方法。
技术介绍
近年来，各种电子设备飞速发展，对于电池的要求越来越高，既要求电池有足够大的容量，还需要其在多次循环后具有较小的衰减。在众多的电池类型中，锂离子电池被视作最具发展潜力的电池。并且，锂电池在市场中也已初具规模，大到电动汽车，小到笔记本、手机，都离不开锂电池。锰酸锂(LiMn2O4)由于具有电压高、价格低廉、资源丰富、与环境友好等特点，成为最有前途的锂离子电池正极材料之一，得到广泛的研究与应用。目前，合成锰酸锂的方法主要有高温固相法、熔融浸渍法、水热合成法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法等。其中，固相法工艺简单，但是合成反应时间长，产物均一性较差，溶胶凝胶法需要大量有机试剂，环境污染大，而喷雾干燥法等对设备要求较高。现有的制备方法中水热法是应用较为广泛的一种方法。作为电池正极材料，锰酸锂的电化学性能与材料的制备工艺、晶体结构、晶粒尺寸和形貌等，都有较大的关系。近年来，如何锰酸锂并提高其电化学性能，一直是研究的热点。如申请号为201610047742.9的中国专利申请，公开了一种制备高纯度的锰酸锂的方法；申请号为201610971181.1的中国专利申请，公开了一种提升锰酸锂正极材料在高温下的电化学性能稳定性的方法。又如申请人在先提交的申请号为201710159408.7的中国专利申请，其是通过水溶性的氨基酸作为沉淀剂和软模板剂，促进锰酸锂晶体结构的发育，形成具有十四面体形的锰酸锂材料，从而提高其电化学性能。在现有研究结果的基础上，确定锰酸锂的形貌与其电化学性能之间的关系，并且研究制备方法与形貌之间的关系，对于制备出高性能的锰酸锂材料，进而突破现有电池技术的难题，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法，包括如下步骤：(1)用去离子水将可溶性锂盐配制成0.5-1mol/L的锂盐溶液；将二价可溶性锰盐与高锰酸钾按照摩尔比为2-3∶1的比例，混合均匀，然后用去离子水配制成锰盐溶液，所述锰盐溶液中锰离子的总浓度为1-1.2mol/L；用去离子水配制浓度为0.5mol/L的尿素溶液；(2)将萘加入到无水乙醇中，搅拌形成均匀的溶液；(3)将步骤(1)中的锂盐溶液加入到水热反应釜中，其加入量为水热反应釜体积的1/5-1/4，然后加入萘的乙醇溶液，搅拌均匀形成浅白色的悬浊液，其中萘与锂离子的摩尔比为1∶1-2；(4)再在搅拌的条件下，依次向浅白色悬浊液中加入步骤(1)中的锰盐溶液和尿素溶液，得到反应前驱液，其中，所述反应前驱液的体积为水热反应釜体积的2/3-3/4；(5)密封水热反应釜，在140-180℃下水热反应1～3h，然后固液分离，将得到的固体产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤2-3次，然后在70-90℃下烘干得到前驱体；(6)将所述前驱体在260-320℃下煅烧30min-1h，即得到纺锤体形锰酸锂空心管。优选地，所述可溶性锂盐为硝酸锂、醋酸锂、氯化锂中的一种或多种，所述二价可溶性锰盐为硝酸锰、醋酸锰、氯化锰中的一种或多种。优选地，所述步骤(4)中，控制锰离子的总摩尔量与锂离子的摩尔量之比为2-2.2∶1。按照本专利技术的技术方案，得到的产物为纺锤体形锰酸锂空心管，也即两头呈针尖状的空心管，空心管的长度为200-800nm。本专利技术公开的技术方案，利用萘的易升华特性，作为模板剂，将萘先溶于无水乙醇中形成均一的溶液，再加入到锂盐溶液中，从而提高了萘在锂盐溶液中分散的均匀性，即提高了模板的分散均匀程度，有助于后续水热反应作为成核位点进行反应得到细小的产物。加入锰盐溶液和尿素溶液后进行水热反应，反应操作简单，形成的前驱体的主要成分为锰酸锂以及萘，再经过高温煅烧，萘发生升华从锰酸锂材料中逸出，同时，锰酸锂在高温下进一步提高其结晶度。本专利技术利用萘作为模板，并合理控制锂、锰的用量，加入适宜量的模板和作为沉淀剂的尿素，通过水热步骤和煅烧步骤，形成纺锤体形锰酸锂空心管。将得到的锤体形锰酸锂空心管用作锂电池正极材料，由于这种特殊的空心管状形貌具有较大的表面积，也有助于锂离子的转移，因此，提高了锂电池的比容量和功率密度，具有良好的应用前景。附图说明图1是实施例1得到的纺锤体形锰酸锂空心管的TEM图；图2是实施例2得到的纺锤体形锰酸锂空心管的TEM图。具体实施方式以下为本专利技术的具体实施方式，用以对本专利技术进行解释和说明。实施例1一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法，包括如下步骤：(1)用去离子水将硝酸锂配制0.5mol/L的锂盐溶液；将醋酸锰与高锰酸钾按照摩尔比为3∶1的比例混合均匀，然后用去离子水配制成锰盐溶液，所述锰盐溶液中锰离子的总浓度为1mol/L；用去离子水配制浓度为0.5mol/L的尿素溶液；(2)将萘加入到无水乙醇中，搅拌形成均匀的溶液；(3)将步骤(1)中的锂盐溶液加入到水热反应釜中，其加入量为水热反应釜体积的1/4，然后加入萘的乙醇溶液，搅拌均匀形成浅白色的悬浊液，其中萘与锂离子的摩尔比为1∶1；(4)再在搅拌的条件下，依次向浅白色悬浊液中加入步骤(1)中的锰盐溶液和尿素溶液，得到反应前驱液，其中，所述反应前驱液的体积为水热反应釜体积的3/4，锰离子的总摩尔量与锂离子的摩尔量之比为2∶1；(5)密封水热反应釜，在140℃下水热反应3h，然后固液分离，将得到的固体产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，然后在90℃下烘干得到前驱体；(6)将所述前驱体在260℃下煅烧1h，即得到纺锤体形锰酸锂空心管。图1是得到的纺锤体形锰酸锂空心管的TEM图，从图中可以看出，产物的长度为200-600nm左右，呈空心管状。实施例2一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法，包括如下步骤：(1)用去离子水将醋酸锂和氯化锂配制1mol/L的锂盐溶液；将硝酸锰与高锰酸钾按照摩尔比为2∶1的比例混合均匀，然后用去离子水配制成锰盐溶液，所述锰盐溶液中锰离子的总浓度为1.2mol/L；用去离子水配制浓度为0.5mol/L的尿素溶液；(2)将萘加入到无水乙醇中，搅拌形成均匀的溶液；(3)将步骤(1)中的锂盐溶液加入到水热反应釜中，其加入量为水热反应釜体积的1/5，然后加入萘的乙醇溶液，搅拌均匀形成浅白色的悬浊液，其中萘与锂离子的摩尔比为1∶2；(4)再在搅拌的条件下，依次向浅白色悬浊液中加入步骤(1)中的锰盐溶液和尿素溶液，得到反应前驱液，其中，所述反应前驱液的体积为水热反应釜体积的3/4，锰离子的总摩尔量与锂离子的摩尔量之比为2.2∶1；(5)密封水热反应釜，在180℃下水热反应1h，然后固液分离，将得到的固体产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，然后在70℃下烘干得到前驱体；(6)将所述前驱体在320℃下煅烧30min，即得到纺锤体形锰酸锂空心管。图1是得到的纺锤体形锰酸锂空心管的TEM图，从图中可以看出，产物的长度为500-800nm左右，呈空心管状。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)用去离子水将可溶性锂盐配制成0.5‑1mol/L的锂盐溶液；将二价可溶性锰盐与高锰酸钾按照摩尔比为2‑3∶1的比例，混合均匀，然后用去离子水配制成锰盐溶液，所述锰盐溶液中锰离子的总浓度为1‑1.2mol/L；用去离子水配制浓度为0.5mol/L的尿素溶液；(2)将萘加入到无水乙醇中，搅拌形成均匀的溶液；(3)将步骤(1)中的锂盐溶液加入到水热反应釜中，其加入量为水热反应釜体积的1/5‑1/4，然后加入萘的乙醇溶液，搅拌均匀形成浅白色的悬浊液，其中萘与锂离子的摩尔比为1∶1‑2；(4)再在搅拌的条件下，依次向浅白色悬浊液中加入步骤(1)中的锰盐溶液和尿素溶液，得到反应前驱液，其中，所述反应前驱液的体积为水热反应釜体积的2/3‑3/4；(5)密封水热反应釜，在140‑180℃下水热反应1～3h，然后固液分离，将得到的固体产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤2‑3次，然后在70‑90℃下烘干得到前驱体；(6)将所述前驱体在260‑320℃下煅烧30min‑1h，即得到纺锤体形锰酸锂空心管。

【技术特征摘要】
1.一种纺锤体形锰酸锂空心管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)用去离子水将可溶性锂盐配制成0.5-1mol/L的锂盐溶液；将二价可溶性锰盐与高锰酸钾按照摩尔比为2-3∶1的比例，混合均匀，然后用去离子水配制成锰盐溶液，所述锰盐溶液中锰离子的总浓度为1-1.2mol/L；用去离子水配制浓度为0.5mol/L的尿素溶液；(2)将萘加入到无水乙醇中，搅拌形成均匀的溶液；(3)将步骤(1)中的锂盐溶液加入到水热反应釜中，其加入量为水热反应釜体积的1/5-1/4，然后加入萘的乙醇溶液，搅拌均匀形成浅白色的悬浊液，其中萘与锂离子的摩尔比为1∶1-2；(4)再在搅拌的条件下，依次向浅白色悬浊液中加入步骤(1)中的锰盐溶液和尿素溶液，得到反应前驱液，其中，所述反应前驱液的体积为水热反应釜体积的2/3-3/4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭禧斌，
申请(专利权)人：郑州科技学院，
类型：发明
国别省市：河南,41