一种固相法合成ZnMn2O4的工艺及其应用制造技术

本发明专利技术涉及H01M4，更具体地，本发明专利技术涉及一种固相法合成ZnMn2O4的工艺及其应用。工艺如下：(1)锰盐和锌盐混合；(2)加热熔融；(3)高温煅烧。本发明专利技术提供的固相法的工艺整体配合使用，能够降低反应时间，提高反应效率，并减少原料试剂的用量，相对于水热法有明显的产业化优势。通过控制锰盐和锌盐的摩尔比，使得制备得到的ZnMn2O4在形貌、颗粒尺寸和性能上亦有不错的表现，得到的电池容量衰减较慢、综合电性能高。加入密度为1.75

【技术实现步骤摘要】
一种固相法合成ZnMn2O4的工艺及其应用


[0001]本专利技术涉及H01M4，更具体地，本专利技术涉及一种固相法合成ZnMn2O4的工艺及其应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池正极材料的容量越来越高，与其相匹配的高容量的负极材料的研发也迫在眉睫。目前锂离子电池应用最多的负极材料是石墨，其理论比容量在200
‑
400mAh/g，但是在充放电过程中电解液分解会使溶剂分子嵌入石墨，造成石墨层塌陷，而影响电极的循环寿命。ZnMn2O4材料具有理论比容量高(784mAh/g)、电势电位低、自然资源丰富、环境友好等优点，被认为是极具发展前景的锂电池负极材料。
[0003]专利号CN110606510A的专利提供了一种高比表面积有序大介孔锰酸锌材料及其制备方法，通过水热反应制备得到的介孔锰酸锌有利于分子的传输，作为负极使锌离子电池具有较好的电池性能，特别是电池的首次充放能力。专利号CN108400324B的专利提供了一种锂离子电池负极材料锰酸锌纳米棒及其制备方法，通过水热法得到的锰酸锌纳米棒负极材料的比容量和循环性能优异，并且改善了充放电过程中的负极膨胀发生体积形变的问题。
[0004]然而，通过水热法来制备ZnMn2O4，通常需要耗费大量的溶剂，产品产率低，难以实现产业化生产。于是固相法制备ZnMn2O4的方法应运而生，但是固相法制备ZnMn2O4需要经过搅拌、加热熔融、一次煅烧、二次煅烧，反应时间长，具有能量消耗大、生产速度慢的缺点。这种方法使得物料不均匀性，电池容量衰减快、综合电性能降低。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术第一个方面提供了一种固相法合成ZnMn2O4的工艺，工艺如下：(1)锰盐和锌盐混合；(2)加热熔融；(3)高温煅烧。
[0006]固相法通常需要在高温下进行，按照加工特点分成固相反应法和机械粉碎法。固相反应法是将金属氧化物或者金属盐混合煅烧，发生固相反应，直接制得或再经过研磨制得产物。机械粉碎法则是通过粉碎机对原料研磨的物理方法得到产物。
[0007]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述锰盐和锌盐的摩尔比为(0.8
‑
1.8)：(1.5
‑
4.2)。
[0008]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述锰盐和锌盐的摩尔比为(1
‑
1.5)：(2
‑
4)。
[0009]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述锰盐选自醋酸锰、硝酸锰、硫酸锰的一种或多种。
[0010]优选的，所述锰盐为醋酸锰，醋酸锰为四水醋酸锰，CAS号为6156
‑
78
‑
1。
[0011]进一步优选的，四水醋酸锰的粒径为80
‑
150目。
[0012]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述锌盐选自氯化锌、硫酸锌、醋酸锌的一种或多种。
[0013]优选的，所述锌盐为醋酸锌，CAS号为557
‑
34
‑
6。
[0014]进一步优选的，醋酸锌的密度为1.75
‑
1.9g/mL。
[0015]申请人通过大量的实验意外的发现，通过加入特定的醋酸锌和醋酸锰不仅可以改善得到的ZnMn2O4的缺陷度，而且得到的ZnMn2O4在用作电池负极时其电池性能也有所提升。申请人猜测。这可能是由于，特定密度的醋酸锌和特定粒径的醋酸锰和混合时，混合物的密度也得到相应的改善，影响了混合物分子之间的分子间距，当进行高温熔融的时候，在特定的温度作用下，分子的活动空间和活动速度均发生改变，从而使得固相反应能够较为平稳进行，使得合成的物质的缺陷减少，从而提升其作为负极时的电池性能。
[0016]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述加热熔融的温度为150
‑
200℃。
[0017]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述高温煅烧包括一次高温煅烧和二次高温煅烧。
[0018]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述一次高温煅烧的温度为200
‑
300℃，煅烧时间3
‑
4h。
[0019]优选的，一次高温煅烧的升温速率为3
‑
6℃/min。
[0020]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述二次高温煅烧的温度为600
‑
800℃，煅烧时间6
‑
8h。
[0021]优选的，二次高温煅烧的升温速率为4
‑
7℃/min。
[0022]进一步优选的，二次高温煅烧的升温速率为5℃/min。
[0023]高温煅烧后，冷却降温至室温，得到ZnMn2O4，冷却降温的速率为0.5
‑
3℃/min。
[0024]本专利技术第二个方面提供了一种固相法合成ZnMn2O4的工艺的应用，所述固相法合成ZnMn2O4的工艺应用于水系锌离子电池。
[0025]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术提供的固相法的工艺整体配合使用，能够降低反应时间，提高反应效率，并减少原料试剂的用量，相对于水热法有明显的产业化优势。
[0027](2)通过控制锰盐和锌盐的摩尔比，使得制备得到的ZnMn2O4在形貌、颗粒尺寸和性能上亦有不错的表现，得到的电池容量衰减较慢、综合电性能高。
[0028](3)加入密度为1.75
‑
1.9g/mL的醋酸锌和粒径为80
‑
150目的醋酸锰不仅可以改善得到的ZnMn2O4的缺陷度，而且得到的ZnMn2O44在用作电池负极时其电池性能也有所提升。
[0029](4)两阶段高温煅烧，不仅进一步改善了ZnMn2O4的形貌，而且还减短了时间，提升制备效率，有利于产业化生产。
[0030](5)通过控制升温速率和降温效率，使制备得到的ZnMn2O4更加平整光滑，其作为电池负极时的稳定性也有所提高。
具体实施方式
[0031]实施例
[0032]实施例中组合物的制备原料均为市售，其中四水醋酸锰购自连云港创亚环保科技有限公司，粒径100目。
[0033]实施例1
[0034]本例提供一种固相法合成ZnMn2O4的工艺，工艺如下：(1)锰盐和锌盐混合；(2)加
热熔融；(3)高温煅烧。
[0035]锰盐和锌盐的摩尔比为1.2：3。
[0036]锰盐为醋酸锰，醋酸锰为四水醋酸锰，CAS号为6156
‑
78
‑
1。
[0037]锌盐为醋酸锌，CAS号为557
‑
34
‑
6。醋酸锌购自济南万得丰环保科技有限公司，密度为1.84g/mL。
[0038]加热熔融的温度为175℃。
[0039]高温煅烧包括一次高温煅烧和二次高温煅烧。
[0040]一次高温煅烧的温度为250℃，煅烧时间3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固相法合成ZnMn2O4的工艺，其特征在于，工艺如下：(1)锰盐和锌盐混合；(2)加热熔融；(3)高温煅烧。2.根据权利要求1所述的固相法合成ZnMn2O4的工艺，其特征在于，所述锰盐和锌盐的摩尔比为(0.8
‑
1.8)：(1.5
‑
4.2)。3.根据权利要求2所述的固相法合成ZnMn2O4的工艺，其特征在于，所述锰盐和锌盐的摩尔比为(1
‑
1.5)：(2
‑
4)。4.根据权利要求1所述的固相法合成ZnMn2O4的工艺，其特征在于，所述锰盐选自醋酸锰、硝酸锰、硫酸锰的一种或多种。5.根据权利要求1所述的固相法合成ZnMn2O4的工艺，其特征在于，所述锌盐选自氯化锌、硫酸锌、醋酸锌的一种或多种。6.根据权利要求1所述的固相法合成ZnMn2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政文，李思睿，王瀚民，黎少伟，
申请(专利权)人：广州倬粤新材料科技研究有限公司，
类型：发明
国别省市：