[发明专利]自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料的制备方法及其应用，将锰盐和氢氧化钠溶于去离子水中，室温搅拌后加入到水热釜内胆中水热处理，所得粉末材料在管式炉中以一定温度退火若干小时，而后溶于去离子水中并加入一定剂量的吡咯单体充分搅拌，最后离心洗涤制得该自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料。本发明制备方法简单，成本低廉，易批量化生产，制备方法节能环保。制得的拥有聚吡咯涂层的四氧化三锰电级材料应用于水系锌离子电池中，在0.1 A g^‑1小电流密度下循环30次的容量保持率约为95%，在1 A g^‑1大电流密度下循环500次的容量保持率约为82%，而且其具有优良的倍率性能。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池材料技术领域，具体涉及一种自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用。

背景技术

随着社会的不断发展，全球出现了能源短缺、环境污染的问题，开发对环境无污染的清洁能源和储能装置成了现下的研究热点。水系离子电池作为一种无毒无害、资源丰富、可循环使用、无污染、高安全、高能量密度的储能形式，是目前最具发展前景的储能装置。其中，水系锌离子电池的优势尤其明显，其负极锌理论容量高、拥有双电子转移机制，发展潜力巨大。然而，水系锌离子电池也存在一定缺陷：循环稳定性差、库伦效率低、容量有限、工作过程中有副反应产生等。因此，开发一种具有高容量，优良循环稳定性以及优异倍率性能的水系锌离子正极材料至关重要。其中锰基氧化物具有较大的理论比容量、较低的成本等优点，使其通常作为水系锌离子电池正极材料的首选。然而，锰基氧化物作为正极材料，通常采用电沉积法、烧结法、水热法来制备，但是制备的锰基氧化物在用作电池正极时在长循环过程中，离子发生脱嵌，使其结构发生坍塌，进而造成锰溶解，进而在电池循环过程中有着锰溶解进而影响电池容量和循环稳定性的问题。因此，解决锰溶解的问题对于储能器件的发展具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中的制备方法锰基氧化物作为电池正极在循环过程中会发生锰的溶解进而影响电池容量、循环稳定性能的问题，而提供一种自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料的制备方法，该方法简单、成本低廉，制备的四氧化三锰电极材料应用到水系锌离子电池中，电池容量高、循环稳定性优良、倍率性能优异。

本发明的另一目的是提供上述制备方法制备得到自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料。

本发明还有一目的是提供上述制备方法制备得到自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料在水系锌离子电池中的应用。

为解决本发明的技术问题采用如下技术方案：

一种自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氢氧化钠和锰盐溶于去离子水中，室温搅拌后加入到水热釜内胆中水热反应，所述水热反应的温度为80-200℃，水热时间为12-24h，得到携带大量结构水的四氧化三锰粉末；

（2）将步骤（1）中携带大量结构水的四氧化三锰粉末用管式炉在300-700℃下退火1-5h去除结构水，制得四氧化三锰粉末；

（3）将步骤（2）所得四氧化三锰粉末溶于去离子水中，加入吡咯单体，搅拌反应4-12h结束后离心洗涤、置于烘箱中烘干，得到该自发生长聚吡咯涂层的四氧化三锰电极材料。

所述步骤（1）中锰盐选自氯化锰、硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种。

所述步骤（1）中氢氧化钠按照质量体积比0.01-0.08g/mL加入到去离子水中，所述锰盐按照锰元素与钠元素摩尔比0.1:1加入到去离子水中。

所述步骤（1）室温搅拌时间为10-60分钟。

所述步骤（3）中四氧化三锰按照质量体积比0.005 g/mL加入到去离子水中；所述吡咯单体按照与去离子水体积比1:200-600加入。

所述步骤（3）中烘箱温度为50-80℃，烘干的时间为8-12h。