一种锰酸锌负极材料、采用共沉淀法制备其的方法及用途技术

本发明专利技术提供了一种锰酸锌负极材料、采用共沉淀法制备其的方法及用途，所述的方法包括：以锰源和锌源的混合盐溶液作原料，以氨水作共沉淀剂，采用共沉淀法制备ZnMn2O4负极材料。本发明专利技术提供了一种共沉淀法制备ZnMn2O4负极材料的方法，与常用的共沉淀剂相比，无需严格的物理条件即可得到性能绝佳的具有多孔纳米结构的ZnMn2O4颗粒，且该方法能耗和成本较低，对环境友好且适用于大规模产业化制备。境友好且适用于大规模产业化制备。境友好且适用于大规模产业化制备。

【技术实现步骤摘要】
一种锰酸锌负极材料、采用共沉淀法制备其的方法及用途


[0001]本专利技术属于负极材料
，涉及一种负极材料、采用共沉淀法制备其的方法及用途，尤其涉及一种锰酸锌负极材料、采用共沉淀法制备其的方法及用途。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、环境友好等优点，在便携式电子设备领域得到广泛运用。近年来，锂离子电池在电动汽车和混合动力电动汽车等高功率长寿命电池领域中的运用也得到了越来越多的关注。目前，锂离子电池广泛采用石墨类负极材料。一方面是因为碳基负极材料具有价格低廉、电化学惰性以及充放电平台较低的优势；另一方面是其在锂离子嵌入脱出过程中提供了沉积位点，降低了锂枝晶的形成。Welna等人采用垂直排列的多壁碳纳米管作为活性电极材料，使锂离子电池达到优异的电化学性能。但石墨类负极材料的理论比容量仅有372mAh/g，并且与电解液相容性差，在充放电过程中容易粉化脱落，导致锂离子电池能量密度不高，难以满足新一代高性能锂离子电池的要求。
[0003]过渡金属氧化物由于其较高的理论比容量和低成本以及环境友好性，已被广泛认为是很有发展前途的锂离子电池负极材料。锰酸锌(ZnMn2O4)电极材料因具有比容量高、自然资源丰富、环境友好、较低的工作电压等优良特性，被认为是一种非常有研究价值和应用前景的锂离子电池负极材料。另外，Zn和Mn彼此间电极电势不同，因此在充放电循环过程中，能够作为相互缓冲的机体，有利于缓解体积效应，提高材料的循环性能。
[0004]目前制备ZnMn2O4电极材料的方法主要有微乳液法、静电纺丝法、水热法、溶剂热法等。
[0005]CN107720829A公开了一种锂离子电池负极材料锰酸锌的制备方法，所述方法采用草酸作为沉淀剂，利用共沉淀法制备出锰酸锌。具体是将锰盐、锌盐的水溶液缓慢滴入到草酸的乙醇溶液中，经离心并水洗、醇洗、真空干燥得到前驱体，前驱体经高温煅烧，得到锰酸锌。
[0006]CN104577110A提供一种锂离子电池用锰酸锌纳米纤维负极材料的制备方法，本方法首先利用静电纺丝技术制备出PAN/PVP/C4H6ZnO4/C4H6MnO4复合纳米纤维，然后经过高温煅烧得到锂电池负极材料锰酸锌纳米纤维。
[0007]CN108400324A公开一种锂离子电池负极材料锰酸锌纳米棒及其制备方法，该方法包括如下步骤：将MnOOH粉末在管式炉中煅烧90～120分钟，获得β
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MnO2纳米棒；将2
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甲基咪唑溶于甲醇溶液中获得2
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甲基咪唑甲醇溶液，将六水合硝酸锌溶于甲醇溶液中获得六水合硝酸锌甲醇溶液，然后将2
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甲基咪唑甲醇溶液缓慢加入六水合硝酸锌甲醇溶液中，获得混合溶液，然后将制备好的所述β
‑
MnO2纳米棒分散至混合溶液中，磁力搅拌30分钟形成悬浊液；将得到的悬浊液转移到反应釜中进行水热反应12～15小时，将水热反应后得到的沉淀物抽滤、清洗、干燥后得到β
‑
MnO2/ZIF
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8复合物；将得到的β
‑
MnO2/ZIF
‑
8复合物煅烧2～3小时，获得锰酸锌纳米棒。
[0008]然而这些方法由于高成本和制备工艺繁杂限制了ZnMn2O4负极材料的开发与运用。综上所述，寻找简便、产量大、低成本，且储锂性能优异的ZnMn2O4锂离子电池负极材料的制备方法显得尤为重要。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种锰酸锌负极材料、采用共沉淀法制备其的方法及用途，以水作为溶剂，氨水为沉淀剂，无需严格的物理条件即可得到性能绝佳的具有多孔纳米结构的ZnMn2O4颗粒，且该方法能耗和成本较低，对环境友好且适用于大规模产业化制备。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种共沉淀法制备ZnMn2O4负极材料的方法，所述的方法包括：
[0012]以锰源和锌源的混合盐溶液作原料，以氨水作共沉淀剂，采用共沉淀法制备ZnMn2O4负极材料。
[0013]本专利技术提供了一种共沉淀法制备ZnMn2O4负极材料的方法，与常用的共沉淀剂相比，以氨水作为共沉淀剂的优势在于它能与多种金属离子反应，生成难溶性弱碱或两性氢氧化物，无需严格的物理条件即可得到性能绝佳的具有多孔纳米结构的ZnMn2O4颗粒，且该方法能耗和成本较低，对环境友好且适用于大规模产业化制备。ZnMn2O4颗粒的多孔结构可提供较大的电极反应界面，促进Li
+
的快速扩散，并增强电化学反应动力学，从而导致电极材料具有较高的可逆容量。此外，具有多孔纳米结构的颗粒可以提供缓冲空间，以有效适应因重复的Li
+
插入/脱出而引起的机械应力。
[0014]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述的制备方法具体包括：
[0015](Ⅰ)锌源和锰源溶于去离子水中配成混合盐溶液，将共沉淀剂氨水滴加进混合盐溶液中，搅拌后得到沉淀物；
[0016](Ⅱ)沉淀物依次经陈化、过滤、洗涤和干燥后得到前驱体，前驱体烧结后得到ZnMn2O4负极材料。
[0017]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)所述的锌源包括硫酸锌、氯化锌或硝酸锌中的任意一种或至少两种的组合；
[0018]优选地，所述的锰源包括硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的任意一种或至少两种的组合；
[0019]优选地，锌源和锰源按照ZnMn2O4化学计量比分别称取并溶于去离子水中；
[0020]优选地，锌源中的锌元素和锰源中的锰元素的摩尔比为1:2。
[0021]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)所述氨水的摩尔浓度为0.3～0.4mol/L，例如可以是0.30mol/L、0.31mol/L、0.32mol/L、0.33mol/L、0.34mol/L、0.35mol/L、0.36mol/L、0.37mol/L、0.38mol/L、0.39mol/L或0.40mol/L，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为0.32mol/L。
[0022]优选地，所述氨水的滴加量为混合盐溶液总质量的15～25wt％，但并不仅限于所列举的数值，例如可以是15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，所述氨水加入至恒定压力滴定管中，通过恒定压力滴定管控制氨水的滴加速度。
[0024]优选地，所述氨水的滴加速度为2～4s/滴，例如可以是2滴、2.5滴、3滴、3.5滴或4滴，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，在滴加氨水的过程中，对混合盐溶液进行持续搅拌。
[0026]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共沉淀法制备锰酸锌负极材料的方法，其特征在于，所述的方法包括：以锰源和锌源的混合盐溶液作原料，以氨水作共沉淀剂，采用共沉淀法制备锰酸锌负极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括：(Ⅰ)锌源和锰源溶于去离子水中配成混合盐溶液，将共沉淀剂氨水滴加进混合盐溶液中，搅拌后得到沉淀物；(Ⅱ)沉淀物依次经陈化、过滤、洗涤和干燥后得到前驱体，前驱体烧结后得到锰酸锌负极材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)所述的锌源包括硫酸锌、氯化锌或硝酸锌中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述的锰源包括硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的任意一种或至少两种的组合；优选地，锌源和锰源按照锰酸锌化学计量比分别称取并溶于去离子水中；优选地，锌源中的锌元素和锰源中的锰元素的摩尔比为1:2。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)所述氨水的摩尔浓度为0.3～0.4mol/L，进一步优选为0.32mol/L；优选地，所述氨水的滴加量为混合盐溶液总质量的15～25wt％；优选地，所述氨水加入至恒定压力滴定管中，通过恒定压力滴定管控制氨水的滴加速度；优选地，所述氨水的滴加速度为2～4s/滴。5.根据权利要求2
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，在滴加氨水的过程中，对混合盐溶液进行持续搅拌；优选地，所述的搅拌转速为300～400r/min，进一步优选为350r/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天戈，邓松辉，陈志伟，王理，刘金成，刘建华，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：