一种微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，包括：（1）将氯化锰溶液于雾化器中进行热解，将所得的锰氧化物于管式炉中升温并保温一段时间，随炉冷却，得到纳米多孔前驱体Mn2O3；（2）将所得的纳米多孔前驱体Mn2O3与锂源混合均匀，再于微波反应器中，在保护气氛下进行保温；（3）待冷却后研磨均匀，得到纳米多孔LiMnO2。本发明专利技术制备的纳米多孔LiMnO2首次充电比容量高、首效低，具有高效预锂化特性，脱锂过程发生不可逆相变，经过几次充放电循环后，其脱锂产物比表面积大，具有电容特性，可以增大锂电容正极的容量，提升整个器件的能量密度，因而在锂离子电容器的预锂化领域具有巨大的应用潜力。的应用潜力。的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法


[0001]本专利技术属于新能源材料领域，具体涉及一种微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法。

技术介绍

[0002]在锂离子电容器中，预锂化技术是核心技术也是难点所在，预锂化技术既可以实现对负极的预锂化，使负极处于一个低而稳定的电压平台上，提高锂离子电容器的能量密度和循环寿命；又可以为该器件提供多余的锂，用于补偿首次循环SEI膜的形成及后续循环过程中的的锂的损失。
[0003]LiMnO2是一种同质多晶的化合物，分为单斜和层状两种结构，层状LiMnO2的理论比容量高达285mAh/g，且其成本低、安全无毒，是目前已知具有较高理论比容量的正极材料之一，其循环性能较差的特性在预锂化领域也具有巨大的应用潜力。目前层状LiMnO2的合成方法主要有高温固相合成法、溶胶凝胶合成法、水热合成法、共沉淀合成法等，传统方法制备的层状LiMnO2材料结构不理想，从而存在充电比容量过低、放电比容量过高、首次库伦效率过高等问题，不适合直接用作预锂化剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种电化学容量高、合成操作简单、适用作预锂化剂的纳米多孔LiMnO2的制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，包括以下步骤：（1）将氯化锰溶液于雾化器中进行热解，将所得的锰氧化物于管式炉中升温并保温一段时间，随炉冷却，得到纳米多孔前驱体Mn2O3；（2）将所得的纳米多孔前驱体Mn2O3与锂源按照一定比例混合均匀，再于微波反应器中，在保护气氛下进行保温；（3）待冷却后研磨均匀，得到纳米多孔LiMnO2。
[0006]作为优选，步骤（1）中，所述升温速率为5～10℃/min；所述管式炉保温的温度为300～600℃，保温的时长为2～6h；所述管式炉为空气气氛。通过管式炉保温后，能够获得纯度高的纳米多孔前驱体Mn2O3。
[0007]作为优选，步骤（1）中，所述氯化锰溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，能够确保生成理想的纳米多孔球形形貌。
[0008]作为优选，步骤（1）中，所述热解气体为空气或氧气，热解气体的气体流速为2～6L/min。气体流速过低，所合成前驱体形貌表面致密度增加，降低孔隙度和比表面积，不利于获得影响的形貌，气体流速过高，所获得的产物杂质含量高。
[0009]作为优选，步骤（1）中，所述热解的温度为600～900℃。
[0010]作为优选，步骤（2）中，所述保温的温度为400～800℃；保温的时间为5～30min。
[0011]作为优选，步骤（2）中，所述微波反应器的升温功率为100～500W/min；所述的微波反应器的微波频率为2.5GHz。当升温功率低于100W/min或高于500W/min，难以较好地控制升温速率，难以精确控制保温时间，容易造成实际保温时间过长，使纳米多孔前驱体结构结晶长大。
[0012]作为优选，步骤（2）中，所述的锂源为氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂和其他锂氧化合物中的一种或多种；所述锂源的锂与多孔前驱体Mn2O3的锰的摩尔比为1～1.5:1。
[0013]作为优选，步骤（2）中，所述混合均匀在研钵中或球磨机中进行；所述的研钵研磨时间为15～30min，球磨机研磨为转速为600～800r/min，球磨时间为6～12h。
[0014]作为优选，步骤（2）中，所述将混合均匀的原料置于微波反应器包括：将混合均匀的原料放入刚玉烧舟中，将刚玉方舟放置于有辅助吸波物质的微波反应器中；所述的辅助吸波物质为活性炭、硅胶和碳化硅等具有良好吸波能力的材料。
[0015]作为优选，所述保护气氛为氩气、氮气、氦气、氖气、氪气、氙气或其中任意两种以上混合气体的气氛。
[0016]作为优选，步骤（2）中，先通入载气以排除微波反应器中的空气，防止在反应过程中有空气氧化，空气排出后，载气气流调小保持匀速，开启微波反应器，待反应完成后，关闭微波反应器，保持载气气流不变，等待自然冷却降温，关闭载气气流，取出反应产物。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术通过采用喷雾热解
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保温
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微波辅助焙烧法制备获得了纳米多孔层状LiMnO2，该结构的LiMnO2首次充电比容量高、首效低，具有高效预锂化特性，脱锂过程发生不可逆相变，经过几次充放电循环后，其脱锂产物比表面积大，具有电容特性，可以增大锂电容正极的容量，提升整个器件的能量密度，因而在锂离子电容器的预锂化领域具有巨大的应用潜力。同时，纳米多孔结构能够使材料与电解液充分接触，增加脱锂量，而且脱锂产物保持纳米多孔结构，增加活性位点，发挥电容性，克服了现有方法制备的LiMnO2材料预锂化效果差，脱锂产物变为无效成分的缺陷。
[0018]（2）本专利技术通过优化喷雾热解的溶液浓度、热解气流速度等参数，能够可控的制备得到由20～100纳米尺寸一次颗粒的锰的氧化物构成的多孔球形前驱体，该前驱体颗粒形貌规则，具有较大的比表面积。
[0019]（3）采用上述喷雾热解制备的前驱体，结合微波辅助法快速反应，通过优化调整反应温度，保温时长这些参数，能够更好地保留前驱体形貌，最终得到理想的纳米多孔球形结构LiMnO2，进而提高材料的预锂化性能。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术实施例1中制备的LiMnO2的扫描电镜图。
[0022]图2为本专利技术实施例1中制备的LiMnO2的首圈充放电电化学性能图。
[0023]图3为对比例1中制备的LiMnO2的扫描电镜图。
[0024]图4为对比例1中制备的LiMnO2的首圈充放电电化学性能图。
[0025]图5为对比例2中制备的LiMnO2的扫描电镜图。
[0026]图6为对比例2中制备的LiMnO2的首圈充放电电化学性能图。
具体实施方式
[0027]为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本专利技术作更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0028]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0029]实施例1：一种微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，包括以下步骤：（1）将0.3mol/L的MnCl2·
4H2O的溶液，将溶液置于三头雾化器中进行热解，热解温度为850℃，热解气体流速为4L/min，热解产物为锰氧化合物，将锰氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将氯化锰溶液于雾化器中进行热解，将热解所得的锰氧化物于管式炉中升温并保温一段时间，随炉冷却，得到纳米多孔前驱体Mn2O3；（2）将所得的纳米多孔前驱体Mn2O3与锂源混合均匀，再于微波反应器中，在保护气氛下进行保温；（3）待冷却后研磨均匀，得到纳米多孔LiMnO2。2.根据权利要求1所述的微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述管式炉的升温速率为5～10℃/min；所述管式炉保温的温度为300～600℃，保温的时长为2～6h。3.根据权利要求1所述的微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氯化锰溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。4.根据权利要求1所述的微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述热解的气体流速为2～6L/min；所述热解的温度为600～900℃。5.根据权利要求1～4任意一项所述的微波加热快速合成纳米多孔LiMnO2的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述保温的温度为400～800℃；保温的时间为5～30min。6.根据权利要求1～4任意一项所述的微波加热快速合成纳米多孔LiMnO...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭华军，张蝶，崔立志，李新海，王志兴，王接喜，颜果春，彭文杰，胡启阳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：