[发明专利]一种Mn2O3一维纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种Mn₂O₃一维纳米线及其制备方法和应用，属于锂离子电池电极材料技术领域。一种Mn₂O₃一维纳米线的制备方法，将十六烷基三甲基溴化铵加入至Mn(NO₃)₂溶液中，30～40℃下利用氨水将溶液调至中性，得混合溶液；将混合溶液于水热反应釜中，在140～160℃下保温22～26小时，冷却，过滤，洗涤，干燥，得固体产物；将固体产物于空气中，550～650℃下煅烧4～6小时，得到Mn₂O₃一维纳米线。本发明利用水热法，实现Mn₂O₃电极材料在特定结构的自组装。制得的Mn₂O₃锂离子电池负极材料具有超高的比容量、优异的循环性能的优点。

技术领域

本发明涉及一种Mn₂O₃一维纳米线及其制备方法和应用，属于锂离子电池电极材料技术领域。

背景技术

在储能器件中，二次电池尤其是锂离子电池，因具有工作电压高、容量高、自放电小、无记忆效应和对环境污染小等优点，已经被广泛应用于便携终端产品，并将成为电动汽车和大规模储能系统用动力电源的首要选择，而且已经得到了空前的发展。然而，现阶段的锂离子电池负极材料以石墨碳材料为主，容量较低(理论容量372mAh/g)，在一定程度上限制了锂离子电池在更大范围的应用。

在众多的锂离子电池负极材料中，过渡金属氧化物如Mn₂O₃等具有较高的理论容量和较低的充放电电位，因此，它极具开发前景。Mn₂O₃的放电平台高于石墨(＜0.5V)，可以在一定程度上避免锂枝晶的产生，有利于改善电池安全性能。然而，Mn₂O₃的容量在锂离子电池中很难得到发挥，而且在循环稳定性方面也逊于碳材料。

实践证明，一维纳米材料由于具有较大的比表面积，有利于其高容量的发挥；同时还具有较好的韧性，有利于其在电化学反应中保持其形貌，保证电池的循环稳定性；一维纳米材料较大的表面能对电池的电化学反应的进行也有一定的促进作用。

发明内容

为了提高Mn₂O₃锂离子电池的比容量、倍率性能和循环性能，本发明提供了一种利用中性溶液的水热法制备Mn₂O₃纳米线的方法。

一种Mn₂O₃一维纳米线的制备方法，将十六烷基三甲基溴化铵加入至Mn(NO₃)₂溶液中，30～40℃下利用氨水将溶液调至中性，得混合溶液；将混合溶液于水热反应釜中，在140～160℃下保温22～26小时，冷却，过滤，洗涤，干燥，得固体产物；将固体产物于空气中，550～650℃下煅烧4～6小时，得到Mn₂O₃一维纳米线。

上述技术方案中，所述Mn(NO₃)₂溶液是通过将Mn(NO₃)₂·4H₂O溶于水制得。

上述技术方案中，优选所述氨水为质量分数为25％的氨水。

上述技术方案中，优选所述“冷却，过滤，洗涤，干燥”为本领域的常规操作，其可按下述方法完成：将所得产物室温下自然冷却后，过滤沉淀物，将沉淀物分别利用无水乙醇和水洗涤至少各6次后，60～80℃下干燥。

本发明所述“利用氨水将溶液调至中性”是指利用氨水将溶液调至pH＝6～8。