一種鋰離子電池用錳酸鋅納米纖維負(fù)極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池納米負(fù)極材料及制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池用錳酸鋅納米纖維負(fù)極材料及制備方法；屬于高分子材料和化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，便攜式電器設(shè)備越來(lái)越普及，與此同時(shí)研發(fā)能量及功率密度大，安全可靠，環(huán)境影響小，價(jià)格低廉，循環(huán)壽命長(zhǎng)的移動(dòng)電源顯得尤其重要。鋰離子電池由于具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，而且壽命長(zhǎng)，無(wú)污染，已經(jīng)成為目前的研究熱點(diǎn)并且已被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。商業(yè)化鋰離子電池目前廣泛使用的負(fù)極材料是石墨碳材料，但是石墨碳材料的理論容量較低，只有372mAh / g，難以滿足一些大型電子設(shè)備及混合電動(dòng)車對(duì)電池高容量化的要求，限制了鋰離子電池向更高能量密度方向的發(fā)展。因此，具有比容量高、充放電效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的新型鋰離子電池負(fù)極材料的研究顯得十分迫切。
[0003]尖晶石型的復(fù)合金屬氧化物ZnMn2O4,其理論比容量高達(dá)784mAh / g，且原材料環(huán)保，價(jià)格低廉，循環(huán)性能穩(wěn)定。電極材料的納米化能夠有效地增加離子的擴(kuò)散路徑和電子傳輸?shù)谋砻娣e，從而使低電導(dǎo)率的材料呈現(xiàn)較好的電化學(xué)性能。目前，已通過(guò)各種方法合成了多種不同形貌的ZnMn2O4作為鋰離子電池負(fù)極材料，而結(jié)合納米纖維制造技術(shù)，將錳酸鋅納米纖維運(yùn)用于電極材料的報(bào)道還少有。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是一種用于鋰電池的錳酸鋅納米纖維的制備及應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，采用靜電紡絲的方法制備PAN / PVP / C4H6ZnO4 /C4H6MnO4復(fù)合納米纖維，經(jīng)過(guò)高溫煅燒得到錳酸鋅納米纖維負(fù)極材料，具體步驟如下:
[0006](I)稱取一定量的聚丙烯腈(PAN)加入到N，N_ 二甲基甲酰胺(DMF)中，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8?15%的溶液。放入磁性轉(zhuǎn)子，將錐形瓶放入水浴鍋中，調(diào)節(jié)水溫至40°C，調(diào)節(jié)適當(dāng)轉(zhuǎn)速，攪拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。
[0007](2)稱取一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、一定質(zhì)量的乙酸鋅.二水(C4H6ZnO4.2H20)和乙酸錳.四水(C4H6MnO4.4H20)(摩爾比為1:2)，分別加入步驟(I)中的溶液中，繼續(xù)于室溫?cái)嚢柚寥苜|(zhì)完全溶解，形成均勻溶液。
[0008](3)采用靜電紡絲設(shè)備進(jìn)行紡絲。紡絲參數(shù)為:電壓16?25kV，接收距離為15?25cm,紡絲速度為0.3?2mL / h。
[0009](4)將步驟(3)中所制得的復(fù)合納米纖維膜，放入管式爐中，在空氣氛下進(jìn)行煅燒，從室溫升至500?900°C,升溫速度0.5?5°C / min。在各個(gè)溫度下保溫3?6h,最后在空氣氛中自然冷卻至室溫。
[0010]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0011](I)本發(fā)明的鋰離子電池負(fù)極材料錳酸鋅納米纖維，經(jīng)過(guò)靜電紡絲和煅燒可得到純相產(chǎn)品，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉。
[0012](2)本發(fā)明制備的錳酸鋅納米纖維負(fù)極材料具有大的比表面積、較短的粒子擴(kuò)散路徑和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，電化學(xué)測(cè)試中顯示了較高的初始放電容量，循環(huán)性能好，因此其可作為一種新型的鋰離子電池負(fù)極材料得到廣泛應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明中制備的ZnMn2O4納米纖維掃描電鏡圖。
[0014]圖2為本發(fā)明中制備的ZnMn2O4納米纖維負(fù)極材料的首周充放電曲線。
[0015]所得樣品經(jīng)過(guò)掃描電子顯微鏡觀察(見(jiàn)圖1)，發(fā)現(xiàn)樣品是由粗細(xì)不均勻的納米纖維組成，纖維直徑大小為80?220nm。所得樣品經(jīng)過(guò)充放電性能測(cè)試(見(jiàn)圖2)，發(fā)現(xiàn)初始充電容量高達(dá)1271mAh / g，說(shuō)明該材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較好的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]稱取5g PAN，加入到45g DMF溶液中，放入磁性轉(zhuǎn)子，將錐形瓶放入水浴鍋中，調(diào)節(jié)水溫至40°C，調(diào)節(jié)適當(dāng)轉(zhuǎn)速，攪拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。稱取聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 0.5556g、乙酸鋅?二水0.6907g、乙酸錳?四水1.5424g(PAN:PVP的質(zhì)量比為9:1，乙酸鋅和乙酸錳摩爾比為1:2)，分別加入之前配置的溶液中，于室溫繼續(xù)攪拌至溶質(zhì)完全溶解均勻。采用自制靜電紡絲設(shè)備，將鋁箔固定在滾筒上作為接收板。紡絲參數(shù)為:接收距離為 15cm，電壓為 16kV，紡絲速度為 0.3mL / h。將制得的 PAN / PVP / C4H6ZnO4 / C4H6MnO4復(fù)合納米纖維膜均勻的放入管式爐中，在空氣氛下進(jìn)行煅燒，升溫速度0.5°C / min，從室溫升至800°C，在800°C下保溫5h，最后在空氣氛中自然冷卻至室溫。
[0018]實(shí)施例2
[0019]稱取5g PAN，加入到45g DMF溶液中，放入磁性轉(zhuǎn)子，將錐形瓶放入水浴鍋中，調(diào)節(jié)水溫至40°C，調(diào)節(jié)適當(dāng)轉(zhuǎn)速，攪拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。稱取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.5556g、乙酸鋅?二水0.6907g、乙酸錳?四水1.5424g(PAN:PVP的質(zhì)量比為9:1，乙酸鋅和乙酸錳摩爾比為1:2)，分別加入之前配置的溶液中，于室溫繼續(xù)攪拌至溶質(zhì)完全溶解均勻。采用自制靜電紡絲設(shè)備，將鋁箔固定在滾筒上作為接收板。紡絲參數(shù)為:接收距離為 16cm，電壓為 18kV，紡絲速度為 0.5mL / h。將制得的 PAN / PVP / C4H6ZnO4 / C4H6MnO4復(fù)合納米纖維膜均勻的放入管式爐中，在空氣氛下進(jìn)行煅燒，升溫速度1°C / min，從室溫升至700°C，在700°C下保溫3h，最后在空氣氛中自然冷卻至室溫。
[0020]實(shí)施例3
[0021]稱取5g PAN，加入到45g DMF溶液中，放入磁性轉(zhuǎn)子，將錐形瓶放入水浴鍋中，調(diào)節(jié)水溫至40°C，調(diào)節(jié)適當(dāng)轉(zhuǎn)速，攪拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。稱取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.5556g、乙酸鋅?二水0.6907g、乙酸錳?四水1.5424g(PAN:PVP的質(zhì)量比為9:1，乙酸鋅和乙酸錳摩爾比為1:2)，分別加入之前配置的溶液中，于室溫繼續(xù)攪拌至溶質(zhì)完全溶解均勻。采用自制靜電紡絲設(shè)備，將鋁箔固定在滾筒上作為接收板。紡絲參數(shù)為:接收距離為18cm,電壓為20kV，紡絲速度為ImL / h。將制得的PAN / PVP / C4H6ZnO4 / C4H6MnO4復(fù)合納米纖維膜均勻的放入管式爐中，在空氣氛下進(jìn)行煅燒，升溫速度2°C / min，從室溫升至600°C，在600°C下保溫4h，最后在空氣