[發(fā)明專利]一種納米球形α-MnO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811083905.4
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN110911652B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宇;劉云召;杜月秀;李卓斌;黃佳琪;林興灝;秦剛?cè)A;鄭渭建
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江浙能中科儲能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/62;H01M10/36;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種納米球形α?MnO₂/Bi₂O₃材料及其制備方法和應(yīng)用，所述納米球形α?MnO₂/Bi₂O₃材料由α?MnO₂主相和Bi₂O₃第二相組成，所述Bi₂O₃第二相的含量為0.5～10 wt.%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋅電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米球形α-MnO₂/Bi₂O₃材料的制備方法及其在鋅離子電池正極中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化錳具有結(jié)構(gòu)多樣性及獨特的物理化學(xué)性能，同時儲量豐富、價格低廉、環(huán)境友好，作為一種重要的功能材料，被廣泛應(yīng)用于催化劑、吸附劑、陶瓷、電池電極材料等。尤其是在當(dāng)前能源危機和環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)峻，為了滿足人們對能源不斷增長的需求，二氧化錳作為無污染的綠色能源材料，被廣泛應(yīng)用于堿性鋅錳電池、鋰離子電池、超級電容器等。

目前，可充電的水系鋅/MnO₂電池采用金屬鋅負(fù)極和二氧化錳正極，基于二氧化錳材料的理論比容量可達(dá)308mAh g^-1。該電池可以在中性或弱酸性的環(huán)境下正常運行，相比于堿性鋅錳電池，可以顯著提高電池的電化學(xué)穩(wěn)定性能。二氧化錳的主要結(jié)構(gòu)有α型、β型、γ型和δ型等。相比于其他晶型，α-MnO₂具有獨特的1×1和2×2型三維隧道結(jié)構(gòu)，易于鋅離子的脫嵌反應(yīng)，具有較為優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性能。而納米α-MnO₂具有極大的比表面積和優(yōu)異的電化學(xué)活性，隨著α-MnO₂材料粒徑的減小，顆粒表面光滑程度變差，形成豐富的凹凸不平的原子臺階，增加了電化學(xué)反應(yīng)的接觸面積，特殊的微觀結(jié)構(gòu)可以提供優(yōu)越的離子和電子傳輸通道(CN 102275903 B)，使得這一材料在水系鋅電池中具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性，具有極大的應(yīng)用前景。同時，二氧化錳電極材料摻雜氧化鉍可顯著提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性能(Li,X.；Li,Z.；Xia,T.；Dong,H.；Song,Y.；Wang,L.Journal of Physics andChemistry of Solids 2012,73,(10),1229-1234.)。目前，制備納米α-MnO₂的主要方法有：溶膠凝膠法、低溫固相合成法、電沉積法、微乳液法、化學(xué)沉淀法、水熱法、模板法等。Pan(Pan,H.L.；Shao,Y.Y.；Yan,P.F.；Cheng,Y.W.；Han,K.S.；Nie,Z.M.；Wang,C.M.；Yang,J.H.； Li,X.L.；Bhattacharya,P.；Mueller,K.T.；Liu,J.Nature Energy 2016,1,(5),16039.)等利用水熱法制備出了結(jié)晶性能良好的納米α-MnO₂材料，應(yīng)用于水系鋅離子電池中獲得了較高的倍率性能，但是該制備方法比較繁瑣，需要在高溫、高壓的反應(yīng)釜中進(jìn)行，且難以批量化制備。 Sandip Saha(Saha,S.；Pal,A.Separation and PurificationTechnology 2014,134,26-36.)等利用高錳酸鉀和醋酸錳在共沉淀條件下制備了α-MnO₂材料，但是實驗過程中采用的是按照醋酸錳和高錳酸鉀為3比2的比例，容易反應(yīng)不完全而使得產(chǎn)物中有高價錳元素的存在，同時反應(yīng)副產(chǎn)物中有含有醋酸，使得反應(yīng)溶液中的酸性增強，對二氧化錳的穩(wěn)定性造成影響，最終制備的二氧化錳粒徑分布不均勻，且團聚較為嚴(yán)重，從而降低產(chǎn)物的電化學(xué)穩(wěn)定性能，影響了二氧化錳材料的實際應(yīng)用。

由上述研究結(jié)果可以看出，尋找一種對制備條件要求較低、工藝簡單可行、電化學(xué)性能穩(wěn)定的正極材料的制備方法，將對水系鋅/MnO₂電池的實際應(yīng)用產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。

發(fā)明內(nèi)容