[发明专利]一种碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料，该正极材料包含碳纤维，碳纤维表面负载的钼酸锰/氧化锰纳米异质结结构；钼酸锰/氧化锰异质结的基本单元与碳纤维之间以C‑Mn键连接，钼酸锰/氧化锰异质结的基本单元之间互相桥联。碳纤维负载能够改善氧化锰在充放电过程中体积变化大的问题，异质结构筑技术为解决氧化锰的容量低的问题提供了机遇。本发明碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料能够协同发挥钼酸锰和氧化锰的优势，在应用到锌离子电池中，材料的倍率容量高、循环性能好，从而可以改善锌离子存储性能。

技术领域

本发明属于锌离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电车、智能电网等大型储能系统的发展，锂离子电池的劣势逐渐明显，锂资源储量有限使其成本较高，限制了其在大型储能系统中的应用，且已无法满足人们日益增长的能源需求，而锌离子电池由于具有成本低、储量丰富、分布广泛的特点，将逐渐成为锂离子电池的理想替代者。

氧化锰由于其具有较高的理论容量，小极化电压和适中的工作电压的特点，可作为锌离子电池的正极材料。但是氧化锰在充放电过程中体积变化较大，容量低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料及其制备方法和应用，以解决氧化锰在充放电过程中体积变化较大、容量低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料，钼酸锰/氧化锰异质结的基本单元与碳纤维之间以C-Mn键连接，钼酸锰/氧化锰异质结的基本单元之间互相桥联。

优选地，钼酸锰/氧化锰异质结的基本单元尺寸为10～500nm。

优选地，氧化锰的质量分数为50％～80％，钼酸锰的质量分数为20％～50％。

本发明还公开了上述碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将KMnO₄和草酸铵溶解在去离子水中搅拌均匀得到前驱体溶液A；

S2、将前驱体溶液A与碳纤维进行水热反应得到碳纤维负载氧化锰；

S3、将钼酸钠、聚乙二醇溶解在去离子水中搅拌均匀得到前驱体溶液B；

S4、将碳纤维负载氧化锰与前驱体溶液B进行水热反应，得到碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料。

优选地，步骤S1中，KMnO₄和草酸铵浓度分别为0.02～0.03M和0.001M；步骤S3中，钼酸钠浓度为0.01～5M。

优选地，步骤S2中，水热反应温度为120～200℃，反应时间为0.5h。

优选地，步骤S3中，钼酸钠、聚乙二醇与去离子水的用量比为(0.12～0.48)g：0.16g：30mL。

优选地，步骤S4中，水热反应温度为200℃，反应时间为24h。

本发明还公开了碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料在锌离子电池中的应用。

优选地，将碳纤维负载钼酸锰/氧化锰纳米异质结材料、PVDF与乙炔黑按7：2：1的质量比混合调成浆料均匀涂覆到不锈钢箔上，干燥得到工作电极，将工作电极与对电极金属锌箔匹配组装成电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：