[发明专利]一种镍、铋改性二氧化锰正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明创造提供了一种镍、铋改性二氧化锰正极材料及其制备方法和应用。所述材料是由以下方法制备而成的：将高锰酸钾和盐酸在去离子水中搅拌均匀，然后加入一定量的硝酸镍和硝酸铋，进行水热反应，最后得到镍、铋改性二氧化锰粉末正极材料；所述镍、铋改性二氧化锰正极材料适用于锌离子电池。本发明创造所述的镍、铋改性二氧化锰正极材料及带有该正极的锌离子电池具有较好的倍率性能，循环性能以及较长的循环寿命。

技术领域

本发明创造属于锌离子电池材料领域，尤其是涉及一种镍、铋改性二氧化锰正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锌离子电池是以锌粉或锌片为负极材料，锰基为正极材料的一种安全、无污染的二次电池。二氧化锰具有价格低廉和环境友好的优点，同时因锰的可变价态而具有突出的离子存储性能，近来作为电极材料在新型锌离子电池等化学电池上有突出的性能。

目前对锰基电极材料研究主要集中于四价锰基材料，但是，其本身的差导电性及在充放电过程中的加大体积变化导致倍率性能差和循环寿命短，阻碍了其进一步发展。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种镍、铋改性二氧化锰正极材料及锌离子电池，以提高二氧化锰正极材料的倍率性能和循环性能，延长电极寿命。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种镍、铋改性二氧化锰正极材料，其特征在于：所述镍、铋改性二氧化锰正极材料为加入镍元素、铋元素的α相MnO₂。

进一步的，所述镍元素、铋元素与锰元素的原子比例0.005～0.5:0.005～0.5:1。

进一步的，所述镍、铋改性二氧化锰正极材料的形貌为纳米棒、纳米线或纳米带。

进一步的，所述纳米棒、纳米线或纳米带的长径比为30～100:1，直径为30～110nm。

镍、铋改性二氧化锰正极材料的制备方法，其特征在于：将高锰酸钾和盐酸在去离子水中搅拌均匀，然后加入硝酸镍和硝酸铋，采用水热反应制备而成。

进一步的，所述硝酸镍和硝酸铋中镍元素、铋元素与高锰酸钾中锰元素的原子比为0.005～0.5:0.005～0.5:1。

进一步的，所述镍元素、铋元素与高锰酸钾中锰元素的原子比为0.1:0.1:1。

进一步的，所述高锰酸钾的用量为7mmol；盐酸浓度为36％，用量为2.5ml；硝酸镍用量为0.7mmol；去离子水用量为70ml。

进一步的，所述水热反应的反应温度为160℃，反应时间为10小时。

所述镍、铋改性二氧化锰正极材料用于锌离子电池。

相对于现有技术，本发明创造所述的镍、铋改性二氧化锰正极材料及带有该正极的锌离子电池具有以下优势：

本发明创造所述的镍、铋改性二氧化锰正极材料及带有该正极的锌离子电池具有较好的倍率性能，循环性能以及较长的循环寿命。

附图说明

图1为实施例1-4和对比例1制得的未改性和镍、铋改性二氧化锰正极材料的X射线衍射(XRD)图谱；

图2为实施例1-4制得的镍、铋改性二氧化锰正极材料的扫描电镜(SEM)图。其中，(a)-(d)分别对应实施例1-4所述正极材料的SEM图；

图3为在500mA/g电流密度下实施例2电池的循环寿命曲线和库伦效率曲线；

图4为在电流密度为300mA/g条件下过实施例1-4电池和对比例1电池的循环性能曲线；

图5为在扫描速率0.5mV/s的条件下实施例2电池和对比例1电池的循环伏安曲线。