本發(fā)明涉及一種用于水系鋅離子電池正極材料的高性能多孔氧化錳制備方法，屬于鋅離子電池儲能領域。

背景技術：

1、隨著全球能源危機不斷加劇以及對電化學儲能的不斷探索，高性能電池已經(jīng)不斷映入人們的眼簾。目前，具有高能量密度以及高比容量的鋰離子電池是最常見的商用電池。然而，由于鋰資源的缺乏以及高成本，低功率密度，安全問題以及對環(huán)境的污染問題仍阻礙著其進一步應用。近年來，水系鋅離子電池因其低成本，高安全性，綠色無污染等優(yōu)勢，被認為是非常有前途的替代方案。水系鋅離子電池具有合適的氧化還原電位以及高比容量等，然而由于正極材料性能的制約，尋找合適的正極材料來開發(fā)鋅離子電池仍然具有挑戰(zhàn)。

2、錳氧化物具有價格低廉易獲得，無毒無害等優(yōu)點，是正極材料的有力候選材料之一。錳基材料能夠以各種氧化態(tài)和晶型結構來儲存鋅離子，二氧化錳的基本晶體結構是由6個氧原子和1個錳原子組成的八面體單元。mno6八面體單元相互連接形成隧道結構，隧道結構的大小由mno6八面體的數(shù)量決定。這些隧道結構可以讓zn2+穿梭，實現(xiàn)zn2+的儲存。錳基材料在大規(guī)模應用時，還面臨著溶解、電導率不足、比容量不足等問題。mno已被證明是一種可行的水性鋅離子電池正極材料，但由于其缺乏隧道結構以及與客體離子之間的強靜電相互作用，導致zn/mno電池性能不佳。多孔氧化錳結構不僅引入了豐富的mn空位以改善zn2+的擴散，而且增加了mno的比表面積和孔徑，以提高陰極對電解質的潤濕性。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有鋅離子錳基正極材料容量低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于鋅離子電池錳基正極的多孔氧化錳制備方法，該制備方法合成簡便、成本較低，用于鋅離子電池正極材料時表現(xiàn)出高比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明所提供的用于鋅離子電池正極的多孔氧化錳制備方法，主要制備步驟如下：

3、步驟(1)量取一定量kmno4倒入燒杯中，量取適量去離子水倒入并攪拌，配置得kmno4溶液；

4、步驟(2)向步驟(1)所得的kmno4溶液中加入一定量馬來酸并持續(xù)攪拌，待其完全溶解后得到混合溶液；

5、步驟(3)將步驟(2)所得的混合溶液轉移至圓底燒瓶中，進行水浴加熱，反應結束后，得到氧化錳混合溶液；

6、步驟(4)將步驟(3)所得的氧化錳混合溶液進行離心，隨后進行烘干，得到干燥的氧化錳前驅體；

7、步驟(5)將步驟(4)得到的氧化錳前驅體轉移到干凈的磁舟中并放入管式炭化爐中，在惰性氣體中進行高溫炭化，得到多孔氧化錳。

8、優(yōu)選地，步驟(1)中kmno4溶液濃度為0.1-1m；攪拌時間為0.5-1小時之間；

9、優(yōu)選地，步驟(2)中kmno4與馬來酸摩爾比為1:1-1:5，劇烈攪拌時間應為0.2-0.5小時之間；

10、優(yōu)選地，步驟(3)中水浴加熱溫度為30℃-60℃，時間為12-18小時；

11、優(yōu)選地，步驟(4)中烘箱溫度設置為80-120℃，時間為6-12小時；

12、優(yōu)選地，步驟(4)中炭化溫度為350℃-700℃，炭化時間為4-8小時；樣品的炭化收率在30％～50％之間。

13、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

14、(1)以高錳酸鉀為錳源，通過水浴加熱法和高溫炭化法，制備得到的氧化錳具有較高的比表面積；

15、(2)相較于其他錳氧化物，多孔氧化錳具有更多的活性位點；

16、(3)制備得到的多孔氧化錳具有較高的比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術特征：

1.本發(fā)明所提供的用于鋅離子電池正極的多孔氧化錳的制備方法，以高錳酸鉀為錳源，通過水浴加熱制得前驅體；之后在ar氣氛下進行碳化，制得多孔氧化錳材料。主要制備步驟如下：

2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中kmno4溶液的濃度為0.1-1m；攪拌時間為0.5-1小時之間。

3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中kmno4與馬來酸的摩爾比為1:1-1:5，劇烈攪拌時間應為0.2-0.5小時之間。

4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中水浴加熱的溫度為30℃-60℃，時間為12-18小時。

5.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中烘箱溫度設置為80-120℃，時間為6-12小時。

6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)炭化的溫度為350℃-700℃，炭化時間為4-8小時；樣品的炭化收率在30％～50％之間。

7.按照權利要求1-6任一項所述的方法所制備的鋅離子電池正極的多孔氧化錳材料，其特征在于，所制備的材料具有較高的比容量和良好的的循環(huán)性能，以2mol/lznso4和0.5mol/lmnso4為電解液測試其電化學性能，倍率性能優(yōu)良，在0.1a/g電流密度下比容量達151mah/g；在經(jīng)歷一系列倍率變化后其性能能恢復到初始性能。庫倫效率接近100％，電化學性能優(yōu)異。

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于水系鋅離子電池正極的多孔氧化錳的制備方法，屬于水系鋅離子電池正極材料技術領域。該方法以高錳酸鉀為錳源，通過水浴加熱制得前驅體；之后在Ar氣氛下進行炭化，制得多孔氧化錳。本發(fā)明操作方法所用原料成本低，操作方法簡便，制備的多孔氧化錳具有較高的比表面積和結構穩(wěn)定性，應用在水系鋅離子電池時具有較高的比容量以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術研發(fā)人員：陳曉紅,張志剛
受保護的技術使用者：北京化工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/14