CN107887601A - 锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

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吴晓燕
张芳
段磊
李敏
金彩虹
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Abstract

本发明提供一种锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法及其产品和应用，利用水凝胶为模板，包括锌盐与锰盐加入去离子水中，搅拌至均匀，加入丙烯酸和亚甲基双丙烯酰胺；将上述混合溶液在快速搅拌的前提下继续加入聚合引发剂K2S2O8，直至固化形成凝胶状态，然后在马弗炉中以2~5 ℃/min的升温速率450~600 ℃加热3~5h，得到纳米级ZnMn2O4。本发明产品比表面积大，电化学性能高，在200 mA/g电流密度下的循环寿命图，首次放电比容量为1300 mAh/g，经过10次循环后放电比容量为495 mAh/g，到50次循环后放电比容量为390 mAh/g。该制备工艺相对简单，易操作。

Description

锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法及其产品和应用
技术领域
发明涉及一种锂电负极材料的制备方法，特别是涉及一种锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法及其产品和应用。
背景技术
随着社会的发展，锂离子电池备受关注。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池，它不仅具有能量密度大、循环寿命长、无记忆效应及污染小等优点。随着技术的进步，锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天及生物医药等领域，因此，研究与开发动力用锂离子电池及相关材料具有重大的意义。对于动力用锂离子电池而言，其关键是提高功率密度和能量密度，而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料，特别是负极材料的改善。
自上世纪90年代初，日本的科技工作者开发出了层状结构的碳材料，碳材料是最早为人们所研究并应用于锂离子电池商品化的材料，至今仍是大家关注和研究的重点之一，但是碳负极材料存在一些缺陷：电池化成时，与电解液反应形成SEI膜，导致电解液的消耗和较低的首次库伦效率；电池过充时，可能会在碳电极表面析出金属锂，形成锂枝晶造成短路，导致温度升高，电池爆炸；另外，锂离子在碳材料中的扩散系数较小，导致电池不能实现大电流充放电，从而限制了锂离子电池的应用范围。
锌锰氧（ZnMn2O4）是一种尖晶石结构的复合氧化物，是一种广泛应用的磁性材料，常用作燃料电池材料，目前也可以作为锂离子电池负极材料，通过转化和合金化反应具有较高的Li+储存容量。该材料被认为是一种具有前途的锂离子负极材料。
本发明提供一种锂离子负极材料锌锰氧的制备方法，利用水凝胶为模板制备出纳米尺寸较小的ZnMn2O4，该材料具有较大的比表面积，进一步有利于提高材料的电化学性能。该制备工艺相对简单，易操作。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于：提供一种锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法。
本发明再一目的在于：提供上述方法制备的产品。
本发明又一目的在于：提供上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法，利用水凝胶为模板制备出纳米尺寸的ZnMn2O4，包括下述步骤：
（1）将摩尔量比为Zn/Mn=1:2的锌盐与锰盐加入去离子水中，搅拌至均匀，加入丙烯酸和亚甲基双丙烯酰胺，其中二者质量分别为2~10 g和0.3~0.5 g；
（2）将上述混合溶液在快速搅拌的前提下继续加入聚合引发剂K2S2O8，直至固化形成凝胶状态，然后在马弗炉中以2~5℃/min的升温速率450~600 ℃加热3~5 h，得到ZnMn2O4。
所述的锰盐为醋酸锌、硝酸锌和柠檬酸锌中的一种或其组合。
所述的锰盐为醋酸锰、硝酸锰和柠檬酸锰中的一种或其组合
本发明提供一种锂离子电池负极材料锌锰氧，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明提供一种负极材料锌锰氧作为锂离子电池负极材料的应用。
利用水凝胶为模板制备出纳米尺寸较小的ZnMn2O4，该材料具有较大的比表面积，进一步有利于提高材料的电化学性能，在200 mA/g电流密度下的循环寿命图，首次放电比容量为1300 mAh/g，经过10次循环后放电比容量相对较稳定，为495 mAh/g，到50次循环后放电比容量为390 mAh/g。该制备工艺相对简单，易操作。该制备工艺相对简单，易操作。
附图说明
图1为实施例1ZnMn2O4的循环寿命图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1
将摩尔量比为Zn/Mn=1:2的醋酸锌和醋酸锰加入去离子水中，搅拌至均匀，加入丙烯酸和亚甲基双丙烯酰胺，其中二者质量分别为2 g和0.3 g；将上述混合溶液在快速搅拌的前提下继续加入聚合引发剂K2S2O8,直至固化形成凝胶状态，然后在马弗炉中以2 ℃/min的升温速率450 ℃加热5 h，得到ZnMn2O4。。图1是ZnMn2O4在200 mA/g电流密度下的循环寿命图，首次放电比容量为1300 mAh/g，经过10次循环后放电比容量相对较稳定，为495 mAh/g，到50次循环后放电比容量为390 mAh/g。
实施例2
将摩尔量比为Zn/Mn=1:2的硝酸锌和硝酸锰加入去离子水中，搅拌至均匀，加入丙烯酸和亚甲基双丙烯酰胺，其中二者质量分别为10 g和0.5 g；将上述混合溶液在快速搅拌的前提下继续加入聚合引发剂K2S2O8,直至固化形成凝胶状态，然后在马弗炉中以5 ℃/min的升温速率450 ℃加热5 h，得到ZnMn2O4。
实施例3
将摩尔量比为Zn/Mn=1:2的硝酸锌和硝酸锰加入去离子水中，搅拌至均匀，加入丙烯酸和亚甲基双丙烯酰胺，其中二者质量分别为2 g和0.3 g；将上述混合溶液在快速搅拌的前提下继续加入聚合引发剂K2S2O8,直至固化形成凝胶状态，然后在马弗炉中以2 ℃/min的升温速率600 ℃加热5 h，得到ZnMn2O4。

Claims (5)

1.一种锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法，其特征在于，利用水凝胶为模板制备出纳米尺寸的ZnMn2O4，包括下述步骤：
（1）将摩尔量比为Zn/Mn=1:2的锌盐与锰盐加入去离子水中，搅拌至均匀，加入丙烯酸和亚甲基双丙烯酰胺，其中二者质量分别为2~10 g和0.3~0.5 g；
（2）将上述混合溶液在快速搅拌的前提下继续加入聚合引发剂K2S2O8，直至固化形成凝胶状态，然后在马弗炉中以2~5 ℃/min的升温速率450~600 ℃加热3~5 h，得到ZnMn2O4。
2.根据权利要求1所述锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法，其特征在于所述的锰盐为醋酸锌、硝酸锌和柠檬酸锌中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述锂离子电池负极材料锌锰氧的制备方法，其特征在于所述的锰盐为醋酸锰、硝酸锰和柠檬酸锰中的一种或其组合。
4.一种锂离子电池负极材料锌锰氧，其特征在于根据权利要求1-3任一所述方法制备得到。
5.根据权利要求4所述负极材料锌锰氧作为锂离子电池负极材料的应用。
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