[發明專利]一種通過液氮冷凍剝離δ-MnO2

有效

• 申請號: 201810911766.3
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108946817B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 夏傲;宜玨;于婉茹;談國強
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

一種通過液氮冷凍剝離δ?MnO₂獲得納米片的方法，將NaOH溶液與H₂O₂溶液混合，得到的混合溶液與Mn(NO₃)₂水溶液混合，并攪拌均勻，靜置得到黑色沉淀物，再將黑色沉淀物洗滌至中性，干燥后加入到NaOH溶液中，加熱干燥；將所得BirMO(Na)加入HCl中，經干燥得到BirMO(H)；將BirMO(H)加入到聚丙烯管中；將TMA水溶液加入到步驟三所述的聚丙烯管中，將裝有混合溶液的聚丙烯管放入液氮中，冷凍，待管中液體完全凍結后，迅速恒溫水浴鍋中加熱；所得產物水洗離心3?5次，最后選取下部分黑色沉淀物經冷凍干燥得到δ?MnO₂納米片。本發明所采用的制備工藝簡單，且擁有好的環境相容性，所得產物分散性好，純度高。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，特別涉及一種通過液氮冷凍剝離δ-MnO₂獲得納米片的方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型清潔、可再生的二次能源，顯示出其蓬勃的發展趨勢，而電極材料對于電池性能有著重要的影響。過渡金屬氧化物MnO₂由于其成本低，來源廣，較高的理論比容量(1232mAh/g)，且具有多晶型結構(α、β、γ、δ、ε、λ等) 成為目前鋰電負極材料的研究熱點。

具有層狀結構的δ-MnO₂是由錳氧八面體共邊而形成的，層間存在水分子，由層間自由分散的陽離子平衡錳氧層的負電荷，層間距約為0.7nm。δ-MnO₂與其他過渡金屬氧化物的負極材料相比，其具有以下優勢：(1)離子交換性，δ-MnO₂經過酸處理可轉換為BirMO(H)，BirMO(H)具有較高的離子交換活性。(2)氧化還原特性，δ-MnO₂的結構有利于帶電粒子在晶格中移動，產生氧化還原反應。(3)具有成本低、來源廣、擁有較大的比表面積，環境友好等特點。綜合以上優勢，使其可作為很有發展潛能的鋰離子電池的負極材料。

然而δ-MnO₂作為鋰離子電池負極材料，也還存在一些問題：(1)功率密度偏低，這是由于其電導率低造成的。(2)δ-MnO₂在充放電循環過程中，結構發生不可逆變化，易使電極材料粉化失活，導致鋰離子電池的循環壽命較差。為了克服以上缺點，合成特殊形貌的δ-MnO₂是用的較多的手段之一，比如納米片，它是一種特殊的2D 納米結構，表面的原子含量高，外表面活性位置多。相對于層狀δ-MnO₂，納米片狀有以下優點：(1)比表面積大，能夠為反應提供更多的空間，增加活性材料與電解液的接觸面。(2)納米結構間的擴散距離短，使得離子擴散更加容易。(3)納米片之間的間隙大，從而可以更好地緩解體積膨脹。

目前，通過剝離制備MnO₂納米片常用的方法有：溶脹剝離法，超聲剝離法等。溶脹剝離法是用四烷基胺插層層狀MnO₂后水洗剝離，此方法雖然比較成熟但耗時極長；超聲剝離方法，顧名思義則是在超聲波條件下剝離MnO₂，此方法易于破壞物質結構。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種通過液氮冷凍剝離δ-MnO₂獲得納米片的方法，采用快速冷凍法剝離δ-MnO₂制備出了納米片，所采用的制備工藝簡單，且擁有好的環境相容性，所得產物分散性好，純度高。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種通過液氮冷凍剝離δ-MnO₂獲得納米片的方法，包括以下步驟：