焦磷酸锌锰化合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了焦磷酸锌锰化合物，其化学分子式表示为(Mn

【技术实现步骤摘要】
焦磷酸锌锰化合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锌离子电池
，具体涉及新的化合物及其制备方法以及在锌离子电池中应用。

技术介绍

[0002]水系锌离子电池具有安全环保、储量丰富、成本低等优点，被认为是一种具有应用前景的新型电化学储能体系。目前，锌离子电池的研究还处在初期阶段，制约其发展的主要问题是缺乏兼具高容量和长循环稳定的正极材料。水系锌离子电池的正极材料的研发可参考成熟的锂离子电池体系。在锂离子电池体系中，三种储能机理被广泛研究，即嵌入、转化、合金化。相比之下，水系锌离子电池体系中仅有Zn
2+
或H
+
/Zn
2+
嵌入/脱出机制被广泛报道，极大限制了正极材料的可选范围。此外，由于锌离子表面电荷密度高，在水系电解液当中被10~12个水分子包围形成致密牢固的水合离子基团，导致锌离子在正极活性材料内部的扩散动力学缓慢，并导致锌离子电池的比容量远低于理论容量，大大限制了电池的循环性能和倍率性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一目的是提供一种可以用作锌离子电池的正极材料的化合物，提升锌离子电池的循环性能和倍率性能。
[0004]本专利技术的第二目的是提供上述化合物的制备方法。
[0005]本专利技术的第三目的是提供上述化合物的应用。
[0006]为实现第一目的，本专利技术提供焦磷酸锌锰化合物，化学分子式表示为(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7，可以作为锌离子电池的正极材料。
[0007]为实现第二目的，本专利技术提供焦磷酸锌锰的制备方法，包括以下步骤：将锌盐、锰盐溶于去离子水或有机溶剂中形成金属盐溶液，调节金属盐溶液的温度不高于10℃，然后在金属盐溶液中加入焦磷酸，搅拌反应一段时间后，离心、洗涤、干燥得到焦磷酸锌锰。
[0008]在进一步的优选方案中，所述锌盐为硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌中的至少一种；所述锰盐为硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰中的至少一种；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙酮中的至少一种。
[0009]在进一步的优选方案中，所述金属盐溶液的浓度为1~3mol/L。
[0010]在进一步的优选方案中，所述锌盐、锰盐和焦磷酸的摩尔比为0.15：2：1~2。
[0011]在进一步的优选方案中，所述搅拌反应的时间为5~10h。
[0012]在进一步的优选方案中，所述干燥的温度为60
‑
100℃，时间为4
‑
20h。
[0013]为实现第三目的，本专利技术提供上述焦磷酸锌锰化合物在锌离子电池中的应用。
[0014]本专利技术具有以下明显的有益技术效果：（1）焦磷酸锌锰为本专利技术合成的新物质，为化工材料领域增添了新成员。
[0015]（2）本专利技术合成焦磷酸锌锰作为锌离子电池的正极材料，为水系锌离子电池的正
极材料提供了新的选择。
[0016]（3）本专利技术通过一步液相法合成焦磷酸锌锰，工艺简单易实现，对设备的宽容度非常高。
[0017]（4）本专利技术制备得到的焦磷酸锌锰物相纯度高、结构均一性好、颗粒大小一致，作为锌离子电池的正极材料，可有效提升锌离子电池的循环性能和倍率性能。
附图说明
[0018]图1为实施例1制备得到的(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7材料的SEM图。
[0019]图2为实施例1制备得到的(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7材料的HRTEM图。
具体实施方式
[0020]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做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0021]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。
[0022]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0023]实施例1将0.06mol硝酸锌、0.8mol硝酸锰溶于500ml去离子水中形成金属盐溶液，将金属盐溶液保持在5℃并保持不断搅拌，同时滴加0.4mol焦磷酸，搅拌反应5h后，经离心洗涤并在90℃干燥6h后即得(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7材料。
[0024]图1为制备得到的材料的SEM图，从图中可以看出，材料具有球状形貌特征。
[0025]进一步对制备得到的材料进行物相分析和组成分析，结果如图2所示，从HRTEM图中可以分析得到该材料为(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7。
[0026]实施例2将0.09mol乙酸锌、1.2mol硫酸锰溶于800ml甲醇中形成金属盐溶液，将金属盐溶液保持在0℃并保持不断搅拌，同时滴加0.6mol焦磷酸，搅拌反应10h后，经离心洗涤并在100℃干燥4h后即得(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7材料。
[0027]实施例3将0.12mol硫酸锌、1.6mol乙酸锰溶于600ml乙醇中形成金属盐溶液，将金属盐溶液保持在10℃并保持不断搅拌，同时滴加0.8mol焦磷酸，搅拌反应6h后，经离心洗涤并在95℃干燥10h后即得(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7材料。
[0028]实施例4将0.075mol硫酸锌、1mol乙酸锰溶于800ml乙二醇中形成金属盐溶液，将金属盐溶液保持在10℃并保持不断搅拌，同时滴加0.5mol焦磷酸，搅拌反应10h后，经离心洗涤并在75℃干燥20h后即得(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7材料。
[0029]实施例5将0.045mol硫酸锌、0.6mol乙酸锰溶于400ml丙酮中形成金属盐溶液，将金属盐溶
液保持在5℃并保持不断搅拌，同时滴加0.6mol焦磷酸，搅拌反应6h后，经离心洗涤并在60℃干燥20h后即得(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7材料。
[0030]以实施例1
‑
5制备得到的材料以及目前研究的最多的二氧化锰（购买自【江苏先丰纳米材料科技有限公司）为正极材料，并与导电剂乙炔黑（AB）、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按质量比7:2:1的比例混合，以N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂，置于小烧杯中按800r/min的转速搅拌混料2h，得到浆料。使用自动涂布机将浆料涂覆在集流体不锈钢箔上，平放于钢化玻璃上并转至85℃的真空干燥箱中干燥4h，冲片制备成直径为12mm的极片后于真空干燥箱中105℃干燥4h，组装成CR2032型扣式电池。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化合物，其特征在于，所述化合物为焦磷酸锌锰，化学分子式表示为(Mn
0.93
Zn
0.07
)2P2O7。2.如权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锌盐、锰盐溶于去离子水或有机溶剂中形成金属盐溶液，调节金属盐溶液的温度不高于10℃，然后在金属盐溶液中加入焦磷酸，搅拌反应一段时间后，离心、洗涤、干燥得到焦磷酸锌锰。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐为硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌中的至少一种；所述锰盐为硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰中的至少一种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒双，彭馨瑶，周亚楠，孙鹏，汪宝进，
申请(专利权)人：兰溪博观循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：