[发明专利]空心Mn2O3微米球的制备及其在锂电池中的应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种空心Mn₂O₃微米球的制备及其在锂电池中的应用方法。

背景技术

由于锂电池具有较高的能量密度和功率密度，被广泛应用于电动汽车和电子产品的移动储能设备。与传统的锂电池负极材料石墨相比，过渡金属氧化物具有较高的比容量。在众多过渡金属氧化物中，锰基氧化物(如MnO、MnO₂、 Mn₂O₃和Mn₃O₄)在地球上的储量丰富，价格低廉，且对环境没有任何危害。此外，这些锰基氧化物具有较高的输出电压和较低的操作电压。

2015年，英国的《科学通报》杂志(Sci.Rep.,2014年，第5卷，14686页) 报道了Mn₂O₃具有较高的理论比容量(1018mAhg^-1)，并且认为其是一种潜在的锂离子电池负极材料。然而，2014年，英国《人工晶体学报》杂志 (CrystEngComm,2014年,第16卷，6907页)报道了Mn₂O₃在充放电过程中容易发生容量衰减。这是因为Mn₂O₃在充放电过程中容易发生体积膨胀效应，从而导致其晶格发生塌陷，结构受到了破坏。2014年，英国《材料化学》杂志(J. Mater.Chem.A,2014年，第2卷，3749页)报道了空心结构可以有效避免金属氧化物在充放电过程中的体积膨胀效应，并且，这种空心结构有利于电解质和电子在其内部传输。

但是，目前所报道合成空心结构的制备方法复杂，成本昂贵，不利于商业化推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、性能好、成本低，有利于商业推广的空心Mn₂O₃微米球的制备及其在锂电池中的应用方法。

本发明通过以下技术手段实现上述技术效果：

一种空心Mn₂O₃微米球的制备方法：在20℃-25℃温度环境下，将每10mL 含有80-100mg均苯三甲酸的乙醇与水的混合溶液滴入到每10mL含有40-60 mg的四水乙酸锰和0.2-0.5g聚乙烯吡咯烷酮的乙醇与水的混合溶液中，均匀搅拌后静置20-30小时，离心分离，获取前驱物Mn-BTC微米球；

将所得的前驱物Mn-BTC微米球置于马弗炉中，在空气气氛中以2℃-10℃ /min的速率升温到400℃-450℃，再在此温度下煅烧2-4小时，自然冷却至20℃ -25℃后，得到空心Mn₂O₃微米球。

优选地，所述含有均苯三甲酸的乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的体积比为1:1。

优选地，所述含有四水乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的体积比为1:1。

优选地，所述前驱物Mn-BTC微米球在400℃-450℃温度下煅烧后产物的化学组成通过X射线衍射法确定。

优选地，所述空心Mn₂O₃微米球的制备方法，还包括进一步分析不同升温速率下，空心Mn2O3微米球的破损情况的步骤，所述空心Mn₂O₃微米球的外形与表面特征通过扫描电镜、透射电镜、氮气吸附试验确定。

本发明还公开了一种使用上述制备方法制备的的空心Mn₂O₃微米球在锂电池中的应用方法。