[發明專利]一種錳鉻鋅三元金屬氧化物儲能材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910006402.5
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109755526B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張明瑜;黎烈武;黃啟忠;蘇硩安
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/50;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吝秀梅

本發明涉及一種錳鉻鋅三元金屬氧化物儲能材料的制備方法，采用共沉淀法將氫氧化鈉和碳酸鈉的混合溶液逐滴加入氯化錳和氯化鉻的混合溶液中，滴加至混合溶液呈堿性，滴加完后攪拌5?30min；再在25?100℃老化6?48h；將沉淀物洗滌，烘干并碾碎；然后在有氧氣氛下以3?10℃的升溫速率升溫至500?1000℃，且維持在500?1000℃，煅燒時間在30?120min，碾磨過篩即得。本發明制得的產品為納米顆粒狀結構，在1A/g下，從第3個循環開始，效率大于96％，300次循環后放電比容量為1026mAh/g，容量保持率與第二圈相比為127.3％，在鋰離子電池負極材料方面具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于新材料領域，具體涉及一種錳鉻鋅三元金屬氧化物儲能材料的制備方法及其應用。

背景技術

鋰離子電池已經對我們的日常生活產生了深遠的影響，能源存儲市場對儲能設備性能提升的目標主要集中在以下幾個方面：能量密度、功率密度、充放電速率、循環壽命及安全性能。性能的提升主要集中在新電極材料的研發。由于尋找適當的高容量正極材料已經成為一個非常棘手的問題，因此，要想提升鋰離子電池性能，必須研發性能優于目前商業化應用的石墨及鈦酸鋰負極材料。過渡金屬氧化物具有較高的可逆容量，被認為是最具前景的鋰離子電池負極材料之一。錳、鉻及鋅的氧化物在自然界儲量豐富，毒性小，環境污染小，價格低廉，從而成為研究熱點。在之前的錳鉻二元金屬氧化物研究的基礎之上(一種錳鉻二元金屬氧化物儲能材料的制備方法及其應用，專利申請公布號CN 108242539 A)，我們通過引入第三種金屬元素，制得錳鉻鋅三元金屬氧化物進一步提高其倍率性能及循環穩定性。

發明內容

本發明提供一種錳鉻鋅三元金屬氧化物儲能材料的制備方法及其應用，旨在一定程度上解決現有技術中錳、鉻、鋅等單相或二元金屬氧化物用作儲能材料時循環穩定性差、倍率性能差等技術問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種錳鉻鋅三元金屬氧化物儲能材料的制備方法，采用共沉淀法將氫氧化鈉和碳酸鈉的混合溶液逐滴加入氯化錳、氯化鉻及氯化鋅的混合溶液中，所述氯化錳、氯化鉻及氯化鋅的混合液中氯化錳的濃度為0.05-1mol/L，氯化鉻的濃度為0.05-0.5mol/L，氯化鋅的濃度為0.05-1mol/L，氫氧化鈉和碳酸鈉的混合溶液中氫氧化鈉的濃度為0.1-1mol/L，碳酸鈉的濃度為0.04-0.4mol/L，所述氯化錳、所述氯化鉻及所述氯化鋅的摩爾比為2：1：(1-4)，氫氧化鈉和碳酸鈉的混合溶液滴加至整體混合溶液呈堿性，滴加完畢后攪拌5-30min；然后在25-100℃條件下老化6-48h；將沉淀物洗滌，烘干并碾碎；然后在有氧氣氛下以3-10℃/min的升溫速率升溫至500-1000℃，且維持在500-1000℃，鍛燒時間在30-120min，碾磨過篩，得錳鉻鋅三元金屬氧化物儲能材料。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

優選的，所述氯化錳、所述氯化鉻及所述氯化鋅的摩爾比為2：1：(1-3)。

具體的，所述攪拌處理的時間為5-15min。攪拌時為慢速攪拌，通常為20-100轉/分。

優選的，所述老化溫度為80-90℃。

優選的，所述老化時間為24-36h。

具體的，所述有氧氣氛下升溫鍛燒是指在有氧氣氛下以3-5℃/min的升溫速度升溫至700-900℃，且維持在700-900℃的鍛燒時間在60-120min。

另外，本發明還提供了上述儲能材料的應用，具體為，用作鋰離子電池負極材料，在1A/g條件下，300次循環后放電比容量為1026mAh/g。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)錳、鉻及鋅元素在自然界儲量豐富、毒性小、環境污染小、價格低廉。