一种锂离子电池用MnO纳米碗及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710141911.X | 申请日 | 2017-03-10 | 公开(公告)号 | CN106848290A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 陕西科技大学; | 发明人 | 张利锋; 宋佳佳; 郭守武; 刘毅; 郑鹏; 原晓艳; | ||||
| 摘要 | 一种 锂离子 电池 用MnO纳米碗及其制备方法，首先，将 柠檬酸 与去离子 水 按照一定比例完全混合得分散液，将锰盐与柠檬酸按照一定比例加入分散液中，加入 氨 水 调节混合溶液的pH值，得到混合分散液，其次，将混合分散液加热并搅拌，冷却至室温陈化，在一定 温度 环境下干燥，获得固体物质，最后，将固体物质在高温的氩气气氛下 煅烧 ，水洗，干燥后获得产物MnO，能够降低制备成本、提高材料的使用性能，并显著提高了 锂离子电池 在使用过程中的 比容量 和循环 稳定性 ，具有制备工艺简单、成本低廉、环保的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种锂离子电池用MnO纳米碗，其特征在于，所述MnO呈纳米碗状，碗径为0.2-1.5μm，其表面均匀分布了直径为10-20nm的纳米颗粒。 |
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| 说明书全文 | 一种锂离子电池用MnO纳米碗及其制备方法技术领域背景技术[0002] 过渡金属氧化物具有良好的电化学活性，价格低廉、资源丰富且环保，是一种理想的锂离子电池负极材料。尤其是锰氧化物，因其具有优良的电化学性能和广阔的应用前景而再次成为焦点。锰氧化物具有高密度、低电压平台、高的理论比容量(756mAh/g)成为理想的锂离子电池负极材料。然而锰氧化物存在两个典型的问题，固有的电子导电性较差，氧化还原反应过程中随着锂离子的嵌入和脱出，体积膨胀效应破坏了材料原本的结构，导致锰氧化物作为锂离子电池负极材料时其容量衰减和利用率降低。为了解决以上问题，可通过引入孔洞结构，增大其比表面积，来有效缓解锰基氧化物的体积膨胀效应。保证电极材料在锂离子在嵌入脱出过程中负极材料原本的结构不发生破坏。 [0003] 目前MnO负极材料常用的制备方法包括高温热解法、模板法、传统水热法以及溶剂热法、化学气相沉积、静电纺丝等，这些制备方法存在能耗高、制备工艺复杂、不利于工业化生产等问题。为了进一步降低制备成本、提高材料的使用性能，急需开发制备具有特殊形貌MnO纳米材料新的方法。中国专利CN 102157727 A公开了一种超细MnO纳米颗粒的制备方法，有效提高了其电化学比容量，但是并未有效解决体积膨胀问题，导致其循环稳定性较差。关于三维MnO纳米材料制备的研究相对起步较晚，目前正处于研究阶段。 发明内容[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锂离子电池用MnO纳米碗及其制备方法，能够降低制备成本、提高材料的使用性能，并显著提高锂离子电池在使用过程中的比容量和循环稳定性，具有制备工艺简单、成本低廉、环保的特点。 [0005] 为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为： [0006] 一种锂离子电池用MnO纳米碗及其制备方法，步骤如下： [0007] 步骤1：将柠檬酸与去离子水按照质量比为(3.5-14):1000完全混合得分散液，将锰盐与柠檬酸按照质量比(0.3-0.8):1加入分散液中，加入氨水调节混合溶液的pH值至3-7，得到混合分散液； [0009] 步骤3：将固体物质在400-700℃的氩气气氛下煅烧2-5h，水洗，干燥后获得产物。 [0011] 所述MnO呈纳米碗状，碗径为0.2-1.5μm，其表面均匀分布了直径为10-20nm的纳米颗粒。 [0012] 本发明与现有技术相比的有益效果为： [0013] 本发明采用溶胶-凝胶法合成了三维碗状MnO纳米材料，且纳米碗表面均匀分布直径10-20nm的纳米小颗粒，本发明方法与现有技术相比，工艺简单、制备时间短、过程能耗较低、合成过程易于控制。利用本方法制备的MnO，形貌特征鲜明，呈三维纳米碗状结构，三维纳米碗之间良好的连接促进了负极材料整体的导电性，从而提高了锂离子电池在使用过程中的可逆比容量。并且三维纳米碗内空隙提供了足够的空间，能够有效缓解锂离子电池在充放电过程中的体积膨胀效应，从而显著提高了锂离子电池在充放电过程中的循环稳定性，本发明制备的MnO作为锂离子电池负极材料具有可逆比容量高、循环性能好的特点。附图说明 [0015] 图2是本发明实施例一制备的MnO的扫描电镜图谱(SEM)。 [0016] 图3是图2中A点的局部放大图。 [0017] 图4是本发明实施例一制备的MnO作为负极材料组装成扣式电池，在100mA/g的电流密度下测得的恒电流充放电图。 具体实施方式[0018] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。 [0019] 实施例一： [0020] 步骤1：称取4.2g柠檬酸加入到600ml去离子水中，进行搅拌15min，使柠檬酸完全溶解，称取1.3g乙酸锰加入上述分散液中，进行混合，加入氨水调节混合溶液的pH值至3，得到混合分散液； [0021] 步骤2：将混合分散液加热至80℃，搅拌16h至溶胶状态，冷却至室温陈化，在130℃温度环境下干燥4h，获得固体物质； [0022] 步骤3：将固体物质在700℃的氩气气氛下煅烧2h，水洗，干燥后获得产物。 [0023] 参见图1，实施例一所制备的MnO晶型为纯相MnO(JPCDS#78-0424)。2θ＝35.0°、40.6°、58.7°、70.2°、73.8°处衍射峰分别对应(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面，衍射峰峰形尖锐，显示出MnO产物具有良好的结晶性和鲜明的结构特征。 [0024] 参见图2、图3，MnO为三维纳米碗状，碗径为0.2-1.5μm，且其表面均匀分布了大量直径约为10-20nm的纳米颗粒。 [0025] 参见图4，实施例一所制备的MnO作为负极材料组装成扣式电池经过85次循环，其可逆比容量达到740mAh/g，说明所制备得三维MnO纳米碗具有良好的循环稳定性。 [0026] 实施例二： [0027] 步骤1：称取4.2g柠檬酸加入到600ml去离子水中，进行搅拌15min，使柠檬酸完全溶解，称取1.7g碳酸锰加入上述分散液中，进行混合，加入氨水调节混合溶液的pH值至4，得到混合分散液； [0028] 步骤2：将混合分散液加热至85℃，搅拌14h至溶胶状态，冷却至室温陈化，在120℃温度环境下干燥6h，获得固体物质； [0029] 步骤3：将固体物质在650℃的氩气气氛下煅烧2.5h，水洗，干燥后获得产物。 [0030] 实施例三： [0031] 步骤1：称取4.2g柠檬酸加入到600ml去离子水中，进行搅拌15min，使柠檬酸完全溶解，称取2.5g硫酸锰加入上述分散液中，进行混合，加入氨水调节混合溶液的pH值至5，得到混合分散液； [0032] 步骤2：将混合分散液加热至90℃，搅拌12h至溶胶状态，冷却至室温陈化，在110℃温度环境下干燥8h，获得固体物质； [0033] 步骤3：将固体物质在600℃的氩气气氛下煅烧3h，水洗，干燥后获得产物。 [0034] 实施例四： [0035] 步骤1：称取4.2g柠檬酸加入到600ml去离子水中，进行搅拌15min，使柠檬酸完全溶解，称取2.9g硝酸锰加入上述分散液中，进行混合，加入氨水调节混合溶液的pH值至6，得到混合分散液； [0036] 步骤2：将混合分散液加热至95℃，搅拌8h至溶胶状态，冷却至室温陈化，在100℃温度环境下干燥10h，获得固体物质； [0037] 步骤3：将固体物质在550℃的温度环境下煅烧3.5h，水洗，干燥后获得产物。 [0038] 实施例五： [0039] 步骤1：称取4.2g柠檬酸加入到600ml去离子水中，进行搅拌15min，使柠檬酸完全溶解，称取3.3g高锰酸钾加入上述分散液中，进行混合，加入氨水调节混合溶液的pH值至7，得到混合分散液； [0040] 步骤2：将混合分散液加热至100℃，搅拌5h至溶胶状态，冷却至室温陈化，在70℃温度环境下干燥12h，获得固体物质； [0041] 步骤3：将固体物质在400℃的氩气气氛下煅烧5h，水洗，干燥后获得产物。 |
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