[發明專利]一種碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210912310.5
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115084485B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 鎖國權;程妍;馬澤潤;李冉;侯小江;葉曉慧;張荔;楊艷玲
• 申請（專利權）人: 大氣（廣東）科技發展有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/505;B82Y30/00;B82Y40/00;H01M10/36;H01M4/62
• 代理公司: 北京鼎德寶專利代理事務所(特殊普通合伙) 11823
• 代理人: 馬冠群

本發明公開了一種碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料，該正極材料包含碳纖維，碳纖維表面負載的鉬酸錳/氧化錳納米異質結結構；鉬酸錳/氧化錳異質結的基本單元與碳纖維之間以C?Mn鍵連接，鉬酸錳/氧化錳異質結的基本單元之間互相橋聯。碳纖維負載能夠改善氧化錳在充放電過程中體積變化大的問題，異質結構筑技術為解決氧化錳的容量低的問題提供了機遇。本發明碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料能夠協同發揮鉬酸錳和氧化錳的優勢，在應用到鋅離子電池中，材料的倍率容量高、循環性能好，從而可以改善鋅離子存儲性能。

技術領域

本發明屬于鋅離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電車、智能電網等大型儲能系統的發展，鋰離子電池的劣勢逐漸明顯，鋰資源儲量有限使其成本較高，限制了其在大型儲能系統中的應用，且已無法滿足人們日益增長的能源需求，而鋅離子電池由于具有成本低、儲量豐富、分布廣泛的特點，將逐漸成為鋰離子電池的理想替代者。

氧化錳由于其具有較高的理論容量，小極化電壓和適中的工作電壓的特點，可作為鋅離子電池的正極材料。但是氧化錳在充放電過程中體積變化較大，容量低。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料及其制備方法和應用，以解決氧化錳在充放電過程中體積變化較大、容量低的問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料，鉬酸錳/氧化錳異質結的基本單元與碳纖維之間以C-Mn鍵連接，鉬酸錳/氧化錳異質結的基本單元之間互相橋聯。

優選地，鉬酸錳/氧化錳異質結的基本單元尺寸為10～500nm。

優選地，氧化錳的質量分數為50％～80％，鉬酸錳的質量分數為20％～50％。

本發明還公開了上述碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將KMnO₄和草酸銨溶解在去離子水中攪拌均勻得到前驅體溶液A；

S2、將前驅體溶液A與碳纖維進行水熱反應得到碳纖維負載氧化錳；

S3、將鉬酸鈉、聚乙二醇溶解在去離子水中攪拌均勻得到前驅體溶液B；

S4、將碳纖維負載氧化錳與前驅體溶液B進行水熱反應，得到碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料。

優選地，步驟S1中，KMnO₄和草酸銨濃度分別為0.02～0.03M和0.001M；步驟S3中，鉬酸鈉濃度為0.01～5M。

優選地，步驟S2中，水熱反應溫度為120～200℃，反應時間為0.5h。

優選地，步驟S3中，鉬酸鈉、聚乙二醇與去離子水的用量比為(0.12～0.48)g：0.16g：30mL。

優選地，步驟S4中，水熱反應溫度為200℃，反應時間為24h。

本發明還公開了碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料在鋅離子電池中的應用。

優選地，將碳纖維負載鉬酸錳/氧化錳納米異質結材料、PVDF與乙炔黑按7：2：1的質量比混合調成漿料均勻涂覆到不銹鋼箔上，干燥得到工作電極，將工作電極與對電極金屬鋅箔匹配組裝成電池。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：