一种MnNiFe氧化物纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种MnNiFe氧化物纳米片及其制备方法和应用。本发明专利技术首先合成NiFe LDHs纳米片，再以此为模板，采用浸渍法实现锰的掺杂，再在进一步的烧结工艺后得到MnNiFe氧化物纳米片。该方法步骤简单，原料成本低，具有潜在的市场价值。锰离子的掺杂可以显著调节三金属纳米材料的结晶度及结构稳定性。在热处理过程中，LDHs类水滑石结构被破坏，阴离子和水从层间的空间消失，促进材料结构中细小孔道的形成，也促成了纳米片的形成。三种元素间的协调作用、多孔的纳米片结构可以大大提高其电化学性能，包括循环性能和倍率性能等。和倍率性能等。

【技术实现步骤摘要】
一种MnNiFe氧化物纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种MnNiFe氧化物纳米片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]新能源汽车销量大幅增长，而纯电汽车的续航问题直接影响消费者的驾驶体验，如何提高续航能力与锂电池正极材料有直接相关，因此制备低成本、高容量的正极材料极为重要。
[0003]锰(Mn)矿资源相比于钴金属储量丰富，价格更低，因此在锂离子正极材料的开发应用中，若能将锰元素大量应用于其中，将可从原材料端降低锂电池成本。因此关于锰元素在正极材料中开发应用一直是科研院所、企业开发关注的问题。
[0004]层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，LDHs)又称类水滑石结构，是一种典型的三明治结构，主体是由二价、三价过渡金属阳离子构成的共边八面体MO6结构，客体为平衡电荷的阴离子和形成H键的水分子。这种特殊的结构有利于活性位点的充分暴露和提升离子传输动力学，从而有着优异的电化学性能。
[0005]例如，现有技术公开了一种镍铁层状双金属氢氧化物的合成方法，制备步骤为分别配置一定浓度的双金属溶液和络合剂溶液；将络合剂溶液逐滴加入双金属溶液中得到稳定的待处理溶液；对待处理溶液进行超声处理，待处理完毕后使用超纯水和乙醇离心洗涤沉淀产物，最终真空干燥得到大层间距的镍铁层状双金属氢氧化物。但是，双金属的氢氧化物本身存在不稳定的特性，这将直接影响电极材料寿命。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的镍铁双金属的氢氧化物不稳定、影响使用寿命等缺陷，从而提供一种MnNiFe氧化物纳米片及其制备方法和应用。
[0007]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种MnNiFe氧化物纳米片的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1，制备镍铁LDHs纳米片；
[0010]S2，将所得镍铁LDHs纳米片浸渍于高锰酸钾溶液中，得到锰掺杂镍铁LDHs纳米片；
[0011]S3，将所得锰掺杂镍铁LDHs纳米片进行焙烧，得到所述MnNiFe氧化物纳米片。
[0012]可选地，步骤S2中，镍铁LDHs纳米片与高锰酸钾的质量比为1：(1
‑
2)。
[0013]可选地，步骤S2中，高锰酸钾溶液的浓度为1
‑
3g/L。
[0014]可选地，步骤S2中，浸渍过程中保持体系的pH为弱碱性；
[0015]可选地，保持体系的pH为7.5
‑
9.5。
[0016]可选地，步骤S3中，焙烧温度为450
‑
800℃，焙烧时间为2
‑
7h。
[0017]本专利技术中镍铁氢氧化物纳米片的制备方法为领域内常规的方法，典型非限定性地，步骤S1中，可以采用水热法或高温回流法制备镍铁LDHs纳米片。
[0018]具体地，水热法制备镍铁LDHs纳米片的方法包括如下步骤：
[0019]将镍盐和铁盐溶于水中，加入尿素和六亚甲基四胺，水热反应，产物分离，得到所述镍铁碳酸盐层状纳米片；其中，尿素可以用氨水替代，或者，用甲醇替代尿素和六亚甲基四胺，这些物质主要起到形貌控制作用。
[0020]高温回流法制备镍铁LDHs纳米片的方法与水热法的原料一致，制备方法包括如下步骤：将各原料混合，在140
‑
180℃，氮气保护氛围下回流反应一段时间(例如可以为24小时)，氮气下保护至冷却到室温，再离心、清洗、收集。
[0021]可选地，所述的MnNiFe氧化物纳米片的制备方法，满足以下(1)
‑
(4)中的至少一项：
[0022](1)镍盐与铁盐的摩尔比为3：1
‑
1：3；
[0023](2)尿素与六亚甲基四胺的摩尔比为5：1
‑
1：1；
[0024](3)以金属元素计，镍和铁的总摩尔数与尿素的摩尔数比例为1：3
‑
2：1；
[0025](4)水热反应的温度为100
‑
180℃，水热反应的时间为24
‑
52h。
[0026]具体地，本专利技术的制备过程如下：
[0027](1)NiFe LDHs的制备
[0028]将5mmol的FeCl2·
6H2O和10mmol的NiCl2·
6H2O溶于35mL水中(优选地，选用氯盐，其他的镍铁金属盐也可以)，搅拌条件下加入30mmol尿素和10mmol六亚甲基四胺(各物质的摩尔比可以为其他比例，
①
两金属的比例可以在3：1到1：3之间，总金属摩尔量在10mmol到30mmol之间；
②
尿素和六亚甲基四胺的比例可以在5：1到1：1之间；
③
金属的总摩尔数与尿素的比可以在1：3到2：1之间)搅拌三十分钟并超声15分钟以形成均匀的澄清溶液，将溶液装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜置于鼓风干燥箱中，(优选地)在150℃下保温48h(反应温度可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃；反应时间可以为24h、28h、32h、36h、40h、42h、48h、52h)待冷却后取出，用水和乙醇离心数次后收集样品，最后将产物放在干燥箱中过夜烘干即得到了NiFe LDHs材料。在这个水热反应的过程中，尿素和六亚甲基四胺的缓慢渐进水解使溶液整体呈现碱性，高温条件下金属离子在其中被诱导形成均匀的晶体。
[0029](2)锰掺杂的NiFe LDHs的制备
[0030]取上述得到的NiFe LDHs材料40mg浸泡于30mL含60mg高锰酸钾的水溶液中(高锰酸钾的含量可以为40mg、50mg、60mg、70mg)，搅拌条件下向溶液中缓慢滴加0.1mol/L的Na2CO3/NaOH的缓冲溶液，直至溶液pH为8.5(pH可以处于7.5～9.5之间)，将混合均匀的溶液置于55～85℃的真空干燥箱中，弱碱性环境下具有强氧化性的MnO4‑
与LDHs发生化学反应，待溶液蒸发完全，取出样品，碾碎即可得到锰掺杂NiFe LDHs的复合材料。
[0031](3)MnNiFe多孔纳米片氧化物
[0032]将上述的得到的锰离子掺杂NiFe LDHs复合材料置于管式炉中，在650℃(管式炉温度可以为450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃)的氮气氛围中保持5个小时(保持时间可以为2h、3h、4h、5h、6h、7h)，在热处理过程中，LDHs类水滑石结构被破坏，碳酸盐阴离子和水从层间空间消失，促进材料结构中细小孔道及孔道的形成，也促成了纳米片的形成。锰离子的加入可以显著调节三金属纳米材料的结晶度及结构稳定性。三种元素间的协调作用、多孔的纳米片结构也可以大大提高其电化学性能。
[0033]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MnNiFe氧化物纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，制备镍铁LDHs纳米片；S2，将所得镍铁LDHs纳米片浸渍于高锰酸钾溶液中，得到锰掺杂镍铁LDHs纳米片；S3，将所得锰掺杂镍铁LDHs纳米片进行焙烧，得到所述MnNiFe氧化物纳米片。2.根据权利要求1所述的MnNiFe氧化物纳米片的制备方法，其特征在于，步骤S2中，镍铁LDHs纳米片与高锰酸钾的质量比为1：(1
‑
2)。3.根据权利要求2所述的MnNiFe氧化物纳米片的制备方法，其特征在于，步骤S2中，高锰酸钾溶液的浓度为1
‑
3g/L。4.根据权利要求1所述的MnNiFe氧化物纳米片的制备方法，其特征在于，步骤S2中，浸渍过程中保持体系的pH为弱碱性；可选地，保持体系的pH为7.5
‑
9.5。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的MnNiFe氧化物纳米片的制备方法，其特征在于，步骤S3中，焙烧温度为450
‑
800℃，焙烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：段梦婷，杨红新，高飞，刘静，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：