[发明专利]物质的锰氧化物组合物、以及其合成和其用途

说明书

本发明涉及一种新的合成锰氧化物材料，涉及该新的锰氧化物材料的合成方法以及该新的合成锰氧化物在电化学应用中作为二次电池活性阴极材料的用途。

关于联邦赞助的研究或发展的陈述

不适用。

背景技术

本发明涉及一种新的合成锰氧化物材料ι-MnO₂，合成该新的材料ι-MnO₂的方法，以及该新的合成锰氧化物ι-MnO₂在电化学应用中作为二次电池活性阴极材料的用途。

通式MnO_2-X的锰氧化物具有多种应用，包括但不限于颜料/着色剂、生产特殊合金的组分、催化剂、净水剂以及有机合成中的氧化剂。储能应用如锂电池和锂离子电池、超级电容器以及碱性(一次)电池已经越来越多地支配着MnO_2-X的市场。

传统的碱性电池通常使用电解二氧化锰(EMD)作为阴极中的活性材料。EMD结构或γ-MnO₂通常被描述为在晶格中具有相当大量缺陷的斜方锰矿(R-MnO₂)和软锰矿(β-MnO₂)隧道MnO₂相的共生体(intergrowth)。

在电池放电和EMD还原期间，质子插入到隧道锰氧化物结构中，形成MnOOH_X固溶体，其保留着初始锰氧化物的隧道结构。Mn(IV)至Mn(III)的传统1-电子还原的最终产物是δ-MnOOH。理论上，该δ-MnOOH可进一步被还原为Mn(OH)₂。然而，实际上导致尖晶石类黑锰矿(Mn₃O₄)和锌锰矿(ZnMn₂O₄)形成的溶解-沉淀机理却是更有利的(A.Kozawa,J.F.Yeager,JES,1965,959-963；D.Im,A.Manthiram,B.Coffey,JES 2003,A165159；D.Boden等人,JES1967,415-417；Bode等人,JES 1997,792-801；C.Mandoloni等人,JES,1992,954-59；M.R.Bailey,S.W.Donne,JES,2012,A2010-15)。

隧道式羟基氧化锰(III)和层状氢氧化锰(II)之间的结构差异可能是第二电子转移受阻的原因。在充电或氧化过程中恢复原始的隧道锰氧化物结构也是有问题的。

发明概述

在一方面，本发明的特征在于包含具有通式MnO_2-x的材料物质组合物；其中x在0至0.35的范围内；其中所述材料是结晶的；并且其中所述材料具有根据下表的X射线衍射图案：