本发明专利技术涉及一种大功率碱锰电池用正极材料的制备方法。本发明专利技术以无机锰盐为原料，介孔二氧化硅为模板剂，铋盐为掺杂剂，将锰盐溶液、铋盐溶液和模板剂三者溶解于水混合均匀后，通过液相浸渍法使锰盐附着在模板上，将溶液干燥；再通过煅烧使锰盐发生氧化还原反应生成掺铋介孔二氧化锰，用氢氧化钠溶液去除模板，过滤分离并用蒸馏水洗涤沉淀后，干燥得到铋掺杂介孔二氧化锰电极材料。用本方法制备得到的掺铋介孔二氧化锰电极材料作为大功率碱锰电池用正极材料，其放电性能远超过现有的二氧化锰的性能，大大提高了碱锰电池正极材料中活性组分的利用率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，是一种利用液相浸渍法制备铋掺杂介孔二氧化锰用于制作大功率一次碱锰电池正极材料。
技术介绍
人类社会的发展离不开能源，伴随人口的急剧增长和社会经济的快速发展，能源短缺问题已经日渐突出。尤其是随着电子产业的飞速发展，新一代电子产品对电源的性能要求越来越高，已接近或超过了当前电池的标准设计能力，为了满足电子产品的正常工作， 开发大容量、高功率、长寿命、无污染、安全可靠、携带轻便的高质量电源具有十分重要的意义。1865年，勒克朗谢(G. Leclanahe)专利技术了以二氧化锰作为电池正极材料的锌一二氧化锰电池。随着时代的发展，研究出了碱性锌锰电池，虽然碱性锌锰电池只经过40多年的产业化发展，却己经在一次电池市场上占据着主导地位。碱性锌锰电池因具有容量高、工作电压比较稳定、低温性能较好、贮存寿命长等优点而在一次电池市场中占有重要的位置。 随着电子产品朝着小型化、精密化方向发展，它们对电源性能的要求越来越高，普通碱锰电池甚至无法满足某些产品的正常工作。尤其是在大电流放电时，二氧化锰正极材料的利用率只有3(Γ40%。其主要原因在于放电时tf嵌入二氧化锰晶格生成了水锰石MnOOH，在深度放电时，水锰石进一步被还原为Mn (OH)2, Mn (OH)2被氧化生成Mn2O3或Mn3O4，导致二氧化锰晶格发生不可逆膨胀，晶格坍塌，导致内部活性组分无法充分反应。现有对二氧化锰进行改性处理技术中重要的一种是采用掺杂方式，以期抑制Mn2O3 或Mn3O4的生成，保持其晶格的稳定性，使氢离子在晶格中自由嵌入、脱嵌，提高其放电性能。目前，已经研究过的掺杂离子有Bi3+、Pb2\ Ni3+、V3+、Cr3+、Co3+、Th4+、Li+、Ti4+等，都在一定程度上提高了二氧化锰的深度放电容量。但在大电流高功率放电时的性能仍不是非常理想，具体表现为负荷电压低并且下降速度快，中高压段容量及总放出容量小，甚至根本不能工作，无法达到二氧化锰的充分利用。因此，必须对碱锰电池用正极材料进行改进以满足电池大电流高功率放电的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，针对二氧化锰在放电过程中存在的问题，结合目前的研究现状，从介孔制备技术及金属离子掺杂改性的角度出发，提出，以满足电池大电流高功率放电的需要。本专利技术解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是提供，以无机锰盐为原料，介孔二氧化硅为模板剂，铋盐为掺杂剂，将无机锰盐溶液、铋盐溶液和模板剂三者溶解于水混合均勻后，通过液相浸渍法使锰盐附着在模板上，将溶液干燥；再通过煅烧使锰盐发生氧化还原反应生成铋掺杂介孔二氧化锰，用氢氧化钠溶液去除模板，过滤分离并用蒸馏水洗涤沉淀，干燥后得到铋掺杂介孔二氧化锰电极材料。所述的无机锰盐为硝酸锰，氯化锰或硫酸锰。所述的铋盐为硝酸铋，氯化铋或硫酸铋。所述的锰盐溶液、铋盐溶液和模板剂按质量份数比为1 (0.0广0.5): (2 10)。所述的煅烧温度在100 1000°C，煅烧时间为2、h。所述的去除模板的去模板剂所用碱液为0. rimol/L氢氧化钠溶液。所述的掺铋介孔二氧化锰与氢氧化钠溶液的质量份数比为1 (1(Γ100)。本专利技术采用了液相浸渍法制备成铋掺杂介孔二氧化锰电极材料用于制作大功率碱锰电池正极材料。本专利技术所制备的铋掺杂介孔二氧化锰电极材料，一方面由于铋元素在 MnO2的整个充放电过程中，起到了支持晶格的作用，使MnO2始终保持一种开放式结构，使得质子和电子得以在晶格间自由流动，同时抑制了晶格的膨胀；另一方面，铋元素的掺杂促进中间产物的产生，阻碍了尖晶石的形成，使得晶格结构更加稳定，从而提高了二氧化锰的深度放电能力和电极的利用率。经检测，所制得电极放电容量大大增加，达到370. 1 mAh/g，是现用的电解二氧化锰正极材料(EMD)的放电容量3. 42倍。可用于制作大功率碱锰电池的正极材料。本专利技术大功率碱锰电池用正极材料的制备方法与现有技术相比具有如下优点1、本专利技术采用了液相浸渍法制备成铋掺杂介孔二氧化锰电极材料，结构上仍保持规则有序的介孔结构。2、采用本专利技术方法合成得到的高度有序的铋掺杂介孔二氧化锰电极材料，其孔径为3(T35nm，比表内面积为115 118m2/g，用于作为一次碱锰电池的正极材料，其在电学性质上，放电容量远高于传统的二氧化锰电极材料。附图说明图1是本专利技术制备的铋掺杂介孔二氧化锰电极材料放大10万倍的透射电镜照片 TEM 图。图2是本专利技术制备的铋掺杂介孔二氧化锰电极材料的氮气吸一脱附图。图3是现用的电解二氧化锰(EMD) (e)和本专利技术制备的铋掺杂介孔二氧化锰电极材料(f)的恒电流放电容量图。图4是本专利技术制备的4种铋掺杂介孔二氧化锰极材料在不同电流密度进行恒电流放电测试的放电曲线。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1 采用本专利技术的制备方法制备一种用于大功率碱锰电池的正极材料，以硝酸锰为原料，以介孔二氧化硅为模板剂，以铋盐为掺杂剂，按照锰盐溶液、铋盐溶液和模板剂质量份数为1 (0.0广0.5) (2 10)的比例，称取硝酸锰溶液2份，加入50份蒸馏水，加入的硝酸铋1份，混合均勻后，加入20份介孔二氧化硅模板，搅拌均勻通过液相浸渍法使锰盐附着在模板上，之后干燥；将干燥后的混合物在100°C煅烧他(小时)，使锰盐发生氧化还原反应生成铋掺杂介孔二氧化猛，得到深褐色物质。按照掺铋介孔二氧化锰与氢氧化钠溶液的质量份数为1 (I(Tioo)比例，用lmol/L氢氧化钠溶液100份去除硅模板，得到的黑色沉淀物，过滤分离并用蒸馏水洗涤沉淀后，在温度80°C下干燥，制得铋掺杂介孔二氧化锰电极材料。参见图1和图2。图1是本专利技术制备的铋掺杂介孔二氧化锰电极材料产品放大10万倍的透射电镜照片TEM图。图2是本专利技术产品的氮气吸一脱附图。从图中可见所得到的铋掺杂二氧化锰电极材料为规则有序介孔结构，其孔径为3(T35nm，比表内面积为 115 118 (m2/g)。对本实施例制备的铋掺杂介孔二氧化锰电极材料测试不同电流密度下的放电容量，如图3所示，从图3可以看出，所制得电极放电容量大大增加，达到370. 1 mAh/g，见图中 (f)，是现用的电解二氧化锰正极材料(EMD)(e)的放电容量的3. 42倍。表明本专利技术制备的铋掺杂二氧化锰电极材料在大功率放电性能有所提高，有望应用于高性能碱锰电池领域。实施例2 采用本专利技术的制备方法制备一种大功率碱锰电池用正极材料，按照质量份数比称取氯化锰溶液1份，加入50份蒸馏水，加入硝酸铋溶液0. 1份，混合均勻后，加入8份介孔二氧化硅模板，搅拌均勻通过液相浸渍法使锰盐附着在模板上，之后干燥；将干燥后的混合物1000°C煅烧池，得到深褐色物质，按照掺铋介孔二氧化锰与氢氧化钠溶液的质量份数为1 (I(TlOO)比例，用lmol/L氢氧化钠溶液10份去除硅模板，将得到的黑色沉淀物，过滤分离并用蒸馏水洗涤沉淀后，在温度80°C下干燥后，制得铋掺杂介孔二氧化锰电极材料产品，其放电容量为观5. 3 mAh/g，见图如。实施例3 采用本专利技术的制备方法制备一种大功率碱锰电池用正极材料，按照质量份数比称取硫酸锰溶液2份，加入50份蒸馏水，加入硝酸铋0. 5溶液，混合均勻后，加入8 份介孔二本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种大功率碱锰电池用正极材料的制备方法，其特征在于：以无机锰盐为原料，介孔二氧化硅为模板剂，铋盐为掺杂剂，将无机锰盐溶液、铋盐溶液和模板剂三者溶解于水混合均匀后，通过液相浸渍法使锰盐附着在模板上，将溶液干燥；再通过煅烧使锰盐发生氧化还原反应生成铋掺杂介孔二氧化锰，用氢氧化钠溶液去除模板，过滤分离并用蒸馏水洗涤沉淀，干燥后得到铋掺杂介孔二氧化锰电极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：83
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