[发明专利]一种含有掺杂金属的Mn2

说明书

本发明提供了一种含有掺杂金属的Mn₂O₃电极材料及其制备方法和作为锌离子电池正极材料的应用，属于与电极材料技术领域。本发明通过在Mn₂O₃电极材料制备过程中掺杂Ni、Al、Mg、Fe、Co、V、Cu、Zn、Mo和Ca元素中的一种或几种，能够降低成键能，稳定锰氧键，从而有效抑制Mn₂O₃中锰溶出的现象，提高锌离子电池的比容量和循环性能。实施例结果表明，本发明提供的含有金属掺杂的Mn₂O₃电极材料用作锌离子正极材料时，比容量全部大大高于单独的Mn₂O₃电极，其库伦效率在电流密度为1A/g的条件下循环3000次还能保持89％，明显优于单独的Mn₂O₃电极，具有更加优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及一种含有掺杂金属的Mn₂O₃电极材料及其制备方法和作为锌离子电池正极材料的应用。

背景技术

随着可再生能源系统的发展，寻找可靠和低成本的电化学储能是一个值得关注的领域。尽管锂离子电池在过去的几十年里已经被大量使用，但是它的安全隐患和自然资源的不足限制了它在大型储能系统的应用。

可充电水系锌离子电池由于其低成本，无毒和安全性被视为锂离子电池的替代品。Mn₂O₃作为一种锰氧化物，具有多晶型、高工作电压和高容量传递的性质，能够用作锌离子电池的正极材料。然而，在实际使用时，Mn₂O₃电极材料会出现锰溶解现象，这会导致电池比容量的快速衰减，从而严重影响了锌离子电池的使用性能。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种含有掺杂金属的Mn₂O₃电极材料及其制备方法和作为锌离子电池正极材料的应用。本发明提供的含有掺杂金属的Mn₂O₃电极材料，用于锌离子电池时具有良好的比容量和循环性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含有金属掺杂的Mn₂O₃电极材料，包括Mn₂O₃和掺杂于所述Mn₂O₃中的掺杂金属元素；所述掺杂金属元素Ni、Al、Mg、Fe、 Co、V、Cu、Zn、Mo和Ca中的一种或几种。

本发明提供了上述含有金属掺杂的Mn₂O₃电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将可溶性掺杂金属盐、可溶性锰盐、氟化铵与水混合，调节混合液pH值至10～14，进行共沉淀反应，陈化后得到层状掺杂金属/锰氢氧化物；

(2)对所述掺杂金属/锰氢氧化物进行煅烧，得到含有金属掺杂的Mn₂O₃电极材料。

优选的，所述可溶性掺杂金属盐为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硫化铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、钒酸铵、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、钼酸钠、钼酸铵、氯化钙、硝酸钙和硫酸钙中的一种或几种；所述可溶性锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰和醋酸锰中的一种或几种。

优选的，所述可溶性锰盐与氟化铵的摩尔比为1:1～3；所述可溶性掺杂金属盐与可溶性锰盐的摩尔比为1:5～50。

优选的，所述陈化的时间为1～24h，温度为25～30℃。