[发明专利]一种高纯四氧化三锰的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种高纯四氧化三锰的制备方法及其产品和应用，制备方法具体为：以硫酸锰或其水合物与高锰酸钾为原料，以乙二醇与水为混合溶剂，依次进行水热反应、煅烧处理及后处理；混合溶剂中，乙二醇与水的体积比为1：2～4；水热反应的温度为180～200℃，时间为15～18h。本发明公开的制备方法，制备得到的四氧化三锰为结晶性优异的高纯的四氧化三锰，有望应用于水系锌离子电池中以提高其电化学性能。

技术领域

本发明涉及四氧化三锰的技术领域，尤其涉及一种高纯四氧化三锰的制备方法及其产品和在制备水系锌离子电池中的应用。

背景技术

目前，人类对于安全、经济、可持续发展的高效电化学储能技术的需求日益提升，在众多选择中，锂离子电池具有较高的能量密度和较好的循环寿命，因此已经得到了广泛的商业化应用。然而，由于锂资源短缺、有机电解液引发的安全性问题频发和成本高昂等问题，锂离子电池的大规模发展受到限制。人们希望寻求锂离子电池的可替代品，水系电解液相比有机电解液具有更高的安全性和离子电导率，因此，基于自然界中储量丰富的元素(如钠、钾、镁、铝、锌等)的水系电池体系的研究引起了广泛关注。其中，金属锌环境稳定性高、价格低、安全无毒、离子半径小、理论比容量高达5855mAh/cm^-3。锌离子电池的制造和回收更加简便和绿色环保。因此，水系锌离子电池最有望实现大规模储能应用。其中，正极材料提供储锌活性位点，在很大程度上决定了水系锌离子电池的电位和容量。

近年来，锰基氧化物由于具有丰富的自然界储量、低毒性、低成本和高理论比容量的优点而被广泛用于水系锌离子电池正极材料。其中，二氧化锰具有多种价态和晶型，隧道或层状结构有利于锌离子的嵌入和脱出而受到广泛关注。四氧化三锰具有高达937mAh/g的理论比容量，几乎是二氧化锰理论比容量的三倍，已经有相关研究将四氧化三锰作为正极材料制备高电化学性能的水系锌离子电池。

由于锰离子含有多种价态(+7，+4，+3，+2)，制备纯相的锰氧化物往往是一个挑战，而杂相的存在很可能对四氧化三锰材料的储锌性能产生不利影响。因此，制备高纯度的四氧化锰材料对于提高电极材料的电化学性能具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种四氧化三锰的制备方法，制备得到的四氧化三锰为结晶性优异的高纯的四氧化三锰，有望应用于水系锌离子电池中以提高其电化学性能。

具体技术方案如下：

一种高纯四氧化三锰的制备方法：

以硫酸锰或其水合物与高锰酸钾为原料，以乙二醇与水为混合溶剂，依次经水热反应、煅烧处理及后处理得到所述的高纯四氧化三锰；

所述混合溶剂中，乙二醇与水的体积比为1：2～4；

所述水热反应的温度为180～200℃，时间为15～18h。

本发明公开了一种四氧化三锰的制备方法，以硫酸锰或与高锰酸钾为原料，以乙二醇与水为混合溶剂，通过对原料配比以及水热工艺的精确调控制备得到结晶性优异的高纯的四氧化三锰。

经试验发现，若采用的混合溶剂中乙二醇与水的配比不合适，将制备不到纯相的四氧化三锰，甚至制备不到四氧化三锰。

若采用的水热温度与时间不合适，同样制备不到纯相的四氧化三锰，甚至制备不到四氧化三锰。

所述硫酸锰的水合物为一水合硫酸锰。

优选的，所述混合溶剂中，硫酸锰或其水合物的浓度为0.01～0.05M，高锰酸钾的浓度为0.05～0.10M。

优选的，所述煅烧处理在空气气氛下进行，温度为800～1000℃。所述后处理包括洗涤和干燥。所述干燥温度为70～80℃，干燥时间为8～12h。

进一步优选：