[发明专利]一种层状二氧化锰的制备方法及其应用

说明书

本发明属于锌离子电池技术领域，具体涉及一种层状二氧化锰的制备方法及其应用。本发明用共沉淀法合成层状二氧化锰，通过添加钾盐来调节二氧化锰的晶体结构；同时制备得到的层状二氧化锰具有分散性好、倍率性能优异、循环性能稳定等优点；且该制备方法条件温和、过程简单，可实现材料的持续化和批量化生产。

技术领域

本发明属于锌离子电池技术领域。更具体地，涉及一种层状二氧化锰的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池面世以来，以其极好的能量密度、优秀的循环性能广泛应用于便携式储能设备中。然而由于锂离子电池存在自然、漏液、爆炸等安全问题，且地表锂的含量相对匮乏，所以成本更低、安全性能更高的水系锌离子电池受到广泛关注。目前，寻找合适的锌电池正极材料成为锌离子电池技术领域中的一大难题。

现有材料中，二氧化锰因其绿色环保、资源丰富、理论容量可观、工作电压高等优点，被认为是一种良好的锌电池正极材料。而二氧化锰的电化学性能主要受到其晶体结构、颗粒尺寸和组成等因素的影响，其中，二氧化锰颗粒的形貌结构是电池电化学性能的主要影响因素。Dao Sheng-Liu等人使用高锰酸钾与氢氧化铵合成层状二氧化锰(Liu D.S.,MaiY.,Chen S.,et al.A 1D-3D interconnectedδ-MnO₂ nanowires network as high-performance and high energy efficiency cathode material for aqueous zinc-ionbatteries[J].Electrochimica Acta,2021,370:137740.)，其制备得到的二氧化锰材料具有高可逆容量、快速倍率能力和良好的循环寿命，但其循环性能有待提高，且制备方法温度高、耗时长，需要130℃下反应10h，电镀操作过程也相对复杂，在一定程度上增加了成本，不利于二氧化锰的商业化。除此以外，较少针对层状二氧化锰制备方法的研究，缺少较好的产业化生产方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有二氧化锰材料循环性能差、制备过程复杂的缺陷和不足，提供一种可以调节二氧化锰的晶体结构且循环性能良好，工艺简单，有利于大规模生产的层状二氧化锰的制备方法。

本发明的另一目的是提供所述制备方法得到的层状二氧化锰在锌电池中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种层状二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：将高锰酸盐、锰盐和钾盐溶于溶剂中，50～90℃进行加热反应。

优选地，所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰。

更优选地，所述锰盐为硫酸锰。

优选地，所述钾盐为氯化钾、硝酸钾。

更优选地，所述钾盐为氯化钾。

优选地，所述高锰酸金属盐为高锰酸钾、高锰酸钠。

更优选地，所述高锰酸金属盐为高锰酸钾。

目前，现有技术在制备二氧化锰时，都没有利用钾盐制备层状二氧化锰的相关方法。本发明首创性的在制备过程中添加钾盐，引入钾离子，而钾离子的加入，能让二氧化锰拥有更多的锌离子通道，降低反应壁垒，当将其作为锌离子电池的正极时，可以显著加快电池反应动力学过程。

优选地，所述锰盐与高锰酸钾的物质的量之比为(1～3):1。

优选地，所述钾盐的添加量为0.01～0.06mol。。

优选地，所述溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、苯和甲苯的一种或多种。

更优选地，所述溶剂为去离子水、乙醇。

最优选地，所述溶剂为去离子水。