[发明专利]一种空心管状钴酸锰的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种空心管状钴酸锰的制备方法，包括以下步骤：S1、将PVP溶于CH₃CH₂OH并配成混合溶液，将钴盐、锰盐加入CH₃COOH和水中，将溶液混合搅拌为盐溶液；S2、将盐溶液纺在导电玻璃上形成薄膜；S3、在薄膜表面喷射含硫溶液；S4、烘干烧结并形成空心管状钴酸锰；S5、将钴酸锰和硫颗粒按3：7比例进行固相研磨，反应釜加热，得到活性物质与炭黑、PVDF按比例进行涂膜，烘干、切片、压片组装形成电池，并进行电化学性能测试。本发明制备的中空管状MnCo₂O₄纳米纤维，直接作为硫的载体，负载形成MnCo₂O₄/S，作为锂硫电池正极，不仅可以缓解锂硫电池充放电过程中引起的体积变化，还能抑制多硫化物溶解产生的穿梭效应等问题，从而提高锂硫电池的电化学性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，尤其涉及一种空心管状钴酸锰的制备方法及其应用。

背景技术

随着化石能源的日益减少和环境保护压力的增加，可再生清洁能源的开发与利用已迫在眉睫。安全、低成本的电化学储能装置是发展新能源的关键。以铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池为代表的二次电池作为一种便捷的可循环使用的储能装置，已经广泛应用于手机、笔记本电脑和电动自行车等方面。在能源危机日益严重的情况下，世界各国争相提出了发展新能源电动汽车的目标，而电动汽车的开发又迫切需要高能量密度、二次电池体系的支撑。新型二次电池作为新一代储能设备受到了广泛的重视。其中，锂硫电池体系由于自然资源丰富、成本低廉，且具有极高的理论容量密度(1675mAh·g^-1)与能量密度(2600Wh·kg^-1)，成为行业研究热点之一。

但锂硫电池在充放电过程中，单质硫与产物硫化锂进行反复转变，会发生较大的体积变化，单质硫不导电，且中间产物可溶性多硫化锂溶解后会产生穿梭效应等，严重影响电池性能及循环使用寿命，从而限制其发展。

近年来，自复合过渡金属氧化物(含有两种或两种以上类型的阳离子)进入人们视野以来，受到越来越多的关注。因为添加了金属阳离子能够改善其电学性能，同时又保持了尖晶石结构的优势，在光、电、磁、催化等方面都有比较优良的特性，在科学与工程生产中被广泛应用。尖晶石结构的过渡金属氧化物M₃O₄中的二价M离子被其他过渡金属离子所代替，由于活性相稳定性增强和不同金属氧化物之间的协同作用，一定程度上提高氧化物的稳定性及其在电、光、磁方面的性能。在复合过渡金属氧化物中，钴酸盐以其较大的比容量和更优异的循环性能受到更多的关注结，钴酸盐的构式为MCo₂O₄(M＝Mn，Fe，Zn，Ni等)。MCo₂O₄尖晶石型复合过渡金属氧化物由于其优越的电化学性能受到更广泛的关注。在尖晶石结构中，氧离子呈体心立方堆积，其中M²⁺占据1/8四面体的间隙，Co³⁺占据1/2八面体间隙，M²⁺替换原有金属离子后不改变原有过渡金属氧化物的离子结构，但是不同的过渡金属元素具有不同的电极电势，化学活性也不尽相同，不同金属元素之间的协同作用会提高储锂能力，提高金属离子的活性，从而促使放电平台更加平稳，比容量得到提升。

因此，有必要设计制备一种复合过渡金属氧化物，并且作为硫的载体，以解决锂硫电池充放电过程中引起的体积变化以及多硫化物溶解产生的穿梭效应等问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种空心管状钴酸锰的制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种空心管状钴酸锰的制备方法，包括以下步骤：

S1、溶液配制：将PVP溶于一定量的CH₃CH₂OH溶液中并配成混合溶液，将钴盐、锰盐加入至CH₃COOH与水的稀释溶液中，将两种混合溶液混合搅拌后形成盐溶液；