【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂资源提取，涉及一种锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备方法与用途。
技术介绍
1、随着资源和环境问题的日益突出，锂离子电池逐渐成为日常生活中最重要的电能存储装置之一，随着锂需求量的急速增长。固相锂资源正逐渐接近枯竭，而得以利用占据全球锂资源80％的液相锂资源，如盐湖卤水，以进行提锂的技术越来越受到关注。传统的液相提锂技术主要包括沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、煅烧浸取法等。其中，基于无机离子筛的离子交换法提取锂盐技术由于提取效率高备受关注。然而无机离子筛的离子交换法在脱附过程中必须使用大量的强酸进行洗涤，对设备和环境造成了严重的腐蚀和污染。基于此，研究人员提出采用电化学的方法进行吸附和脱附锂离子，而电化学法的关键之一在于提锂电极材料的选择，考虑到电极材料的生物安全性和提锂效率，锰酸锂成为了电化学提锂领域最有前景的电极材料之一。
2、而如何使锰酸锂具有丰富的电活性位点，且对li离子具有高选择性，同时又能够缩短锂离子传输的路径，以优化提锂容量和提锂速率，是锰酸锂电极材料性能发展的重要目标。
3、碳纳米管是由碳原子组成的五元环，六元环或七元环连在一起而构成的特殊碳材料，其可以理解为由像纸一样的平板形状经卷曲而成的一层或多层的中空管，管径通常在纳米范围内。因为碳纳米管具有类似石墨烯的层状结构，所以其有很高的强度、导电性、导热性和化学稳定性，常常作为导电剂、功能性添加剂而应用于制备复合型电极材料，以提升电极材料的综合性能。
4、在电化学盐湖提锂领域，加入石墨烯类材料(如石墨烯、石墨、乙
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备方法与用途，所述制备方法通过利用mn2+与叶酸、水合肼的配位作用，以及叶酸分子间的氢键作用、水合肼分子的桥联作用使得三者自组装成纳米管状结构mn-fa/nts，然后通过碳化使有机物形成氮掺杂碳纳米管，并利用碳化产生的游离c与mn2+及高锰酸钾发生氧化还原反应，使得锰元素转化为mn3+～mn4+，并生成少量mn-nx，之后通过与锂源混合固相反应生成具有尖晶石结构的锰酸锂材料并原位镶嵌在氮掺杂的碳纳米管之间，得到锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法，所述制备方法包括：
4、将锰盐、叶酸及水合肼混合形成混合溶液，进行水热反应，得到mn-fa/nts；
5、将mn-fa/nts与高锰酸钾混合，进行碳化处理，得到mn-nc/nts；
6、将mn-nc/nts与锂盐混合，进行高温处理，得到锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料lmo-nc/nts。
7、本专利技术所述mn-fa/nts、mn-nc/nts及lmo-nc/nts中，“/”代表形成复合材料，fa代表叶酸、nts代表纳米管、nc代表氮掺杂碳、lmo代表锰酸锂。mn-nx指氮与锰形成的一种物质。
8、本专利技术提供的锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料系由锰盐提供的mn2+与叶酸(fa)、水合肼通过水热反应合成的纳米管前驱体，使其进行碳化及氧化还原反应后再与锂源通过固相合成法制备得到的。具体地，mn2+与叶酸、水合肼的配位作用，以及叶酸分子间的氢键作用、水合肼分子的桥联作用使得三者通过水热反应自组装成纳米管状结构的前驱体mn-fa/nts，mn元素分布于前驱体的纳米管状结构内部及外部。mn-fa/nts在惰性氛围下碳化使得前驱体中的有机物碳化形成氮掺杂碳纳米管，同时碳化过程中产生的游离c与mn2+和高锰酸钾发生氧化还原反应，使得mn2+及mno4-转化为mn3+～mn4+，并生成了mn-nx负载于氮掺杂的碳纳米管之间，得到mn-nc/nts；进一步的，mn-nc/nts与锂源混合进行固相合成，从而制备得到具有尖晶石结构的锰酸锂材料，所述锰酸锂晶体镶嵌在氮掺杂碳纳米管之间。
9、本专利技术所述制备方法得到的锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料中，一方面，氮掺杂碳纳米管相比于普通碳纳米管具有更优的亲水性，且氮掺杂原子能够改变碳纳米管局部电荷密度，提高其的电子传递性，降低电阻系数，从而提高锂扩散速度和提锂容量；另一方面，由于特定的原位合成方式使得锰酸锂晶体和氮掺杂碳纳米管的分散性及结合力都更好，且复合材料内部的介孔结构更多，孔径分散性更小，有利于进一步降低电极的电阻系数，提高提锂速率和提锂容量；再者，中间产物mn-fa/nts中mn-nx的存在使得后续与li源固相反应时锰元素更容易转化为mn4+，进而提高了材料中mn4+/mn3+比例，有利于抑制锰酸锂的锰溶损问题，从而提高材料的循环稳定性。
10、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
11、作为本专利技术优选的技术方案，所述制备方法包括，将锰盐与叶酸配制为悬浮液，再滴加水合肼溶液，得到混合溶液。
12、优选地，所述悬浮液中的溶剂包括体积比为(0.8～1.5):1的乙醇及水，例如0.8:1、0.9:1、1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13、优选地，所述水合肼溶液的质量浓度为60％～70％，例如60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14、本专利技术所述制备方法中，叶酸也作为主要的碳源，而不使用叶酸还会导致无法形成纳米管，而水合肼作为主要的氮源。
15、作为本专利技术优选的技术方案，按照摩尔比为1:(0.5～1):(120～140)控制所述锰盐、叶酸及水合肼的用量，例如1:0.5:120、1:0.6:120、1:0.7:120、1:0.8:120、1:0.9:120、1:1:120、1:0.5:125、1:0.6:125、1:0.7:125、1:0.8:125、1:0.9:125、1:1:125、1:0.5:130、1:0.6:130、1:0.7:130、1:0.8:130、1:0.9:130、1:1:130、1:0.5:135、1:0.6:135、1:0.7:135、1:0.8:135、1:0.9:135、1:1:135、1:0.5:140、1:0.6:140、1:0.7:140、1:0.8:140、1:0.9:本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括，将锰盐与叶酸配制为悬浮液，再滴加水合肼溶液，得到混合溶液；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，按照摩尔比为1:(0.5～1):(120～140)控制所述锰盐、叶酸及水合肼的用量；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为150～170℃，时间为1～3h。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法，其特征在于，按照质量比为1:(0.2～0.5)控制所述Mn-FA/NTs与高锰酸钾的用量；
6.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括，将Mn-NC/NTs分散于溶剂中，加入锂盐混合，加热蒸发溶剂，烘干后研磨，再进行所述高温处理；
7.根据权利要求1-6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述高温处理包括，先在高压釜中进行热处理，再升温进行煅烧；
8.根据权利要求1-7任意
9.一种锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料，其特征在于，根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法得到。
10.一种如权利要求9所述的锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料的用途，其特征在于，所述用途包括用于盐湖提锂。
...【技术特征摘要】
1.一种锰酸锂/氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括，将锰盐与叶酸配制为悬浮液，再滴加水合肼溶液，得到混合溶液；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，按照摩尔比为1:(0.5～1):(120～140)控制所述锰盐、叶酸及水合肼的用量；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为150～170℃，时间为1～3h。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法，其特征在于，按照质量比为1:(0.2～0.5)控制所述mn-fa/nts与高锰酸钾的用量...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢英豪，余海军，李爱霞，王涛，黄炜妍，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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