一种锂离子电池用锰酸锌纳米纤维负极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池纳米负极材料及制备方法，尤其涉及一种锂离子电池用锰酸锌纳米纤维负极材料及制备方法；属于高分子材料和化学电源技术领域。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，便携式电器设备越来越普及，与此同时研发能量及功率密度大，安全可靠，环境影响小，价格低廉，循环寿命长的移动电源显得尤其重要。锂离子电池由于具有优异的电化学性能，而且寿命长，无污染，已经成为目前的研究热点并且已被广泛地应用于各个领域。商业化锂离子电池目前广泛使用的负极材料是石墨碳材料，但是石墨碳材料的理论容量较低，只有372mAh / g，难以满足一些大型电子设备及混合电动车对电池高容量化的要求，限制了锂离子电池向更高能量密度方向的发展。因此，具有比容量高、充放电效率高、循环寿命长的新型锂离子电池负极材料的研究显得十分迫切。
[0003]尖晶石型的复合金属氧化物ZnMn2O4,其理论比容量高达784mAh / g，且原材料环保，价格低廉，循环性能稳定。电极材料的纳米化能够有效地增加离子的扩散路径和电子传输的表面积，从而使低电导率的材料呈现较好的电化学性能。目前，已通过各种方法合成了多种不同形貌的ZnMn2O4作为锂离子电池负极材料，而结合纳米纤维制造技术，将锰酸锌纳米纤维运用于电极材料的报道还少有。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是一种用于锂电池的锰酸锌纳米纤维的制备及应用。
[0005]本发明采用的技术方案是，采用静电纺丝的方法制备PAN / PVP / C4H6ZnO4 /C4H6MnO4复合纳米纤维，经过高温煅烧得到锰酸锌纳米纤维负极材料，具体步骤如下:
[0006](I)称取一定量的聚丙烯腈(PAN)加入到N，N_ 二甲基甲酰胺(DMF)中，配置质量分数为8?15%的溶液。放入磁性转子，将锥形瓶放入水浴锅中，调节水温至40°C，调节适当转速，搅拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。
[0007](2)称取一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、一定质量的乙酸锌.二水(C4H6ZnO4.2H20)和乙酸锰.四水(C4H6MnO4.4H20)(摩尔比为1:2)，分别加入步骤(I)中的溶液中，继续于室温搅拌至溶质完全溶解，形成均匀溶液。
[0008](3)采用静电纺丝设备进行纺丝。纺丝参数为:电压16?25kV，接收距离为15?25cm,纺丝速度为0.3?2mL / h。
[0009](4)将步骤(3)中所制得的复合纳米纤维膜，放入管式炉中，在空气氛下进行煅烧，从室温升至500?900°C,升温速度0.5?5°C / min。在各个温度下保温3?6h,最后在空气氛中自然冷却至室温。
[0010]由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果:
[0011](I)本发明的锂离子电池负极材料锰酸锌纳米纤维，经过静电纺丝和煅烧可得到纯相产品，制备工艺简单，生产成本低廉。
[0012](2)本发明制备的锰酸锌纳米纤维负极材料具有大的比表面积、较短的粒子扩散路径和良好的结构稳定性，电化学测试中显示了较高的初始放电容量，循环性能好，因此其可作为一种新型的锂离子电池负极材料得到广泛应用。
【附图说明】
[0013]图1为本发明中制备的ZnMn2O4纳米纤维扫描电镜图。
[0014]图2为本发明中制备的ZnMn2O4纳米纤维负极材料的首周充放电曲线。
[0015]所得样品经过扫描电子显微镜观察(见图1)，发现样品是由粗细不均匀的纳米纤维组成，纤维直径大小为80?220nm。所得样品经过充放电性能测试(见图2)，发现初始充电容量高达1271mAh / g，说明该材料作为锂离子电池负极材料具有较好的应用价值和发展前景。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017]称取5g PAN，加入到45g DMF溶液中，放入磁性转子，将锥形瓶放入水浴锅中，调节水温至40°C，调节适当转速，搅拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。称取聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 0.5556g、乙酸锌?二水0.6907g、乙酸锰?四水1.5424g(PAN:PVP的质量比为9:1，乙酸锌和乙酸锰摩尔比为1:2)，分别加入之前配置的溶液中，于室温继续搅拌至溶质完全溶解均匀。采用自制静电纺丝设备，将铝箔固定在滚筒上作为接收板。纺丝参数为:接收距离为 15cm，电压为 16kV，纺丝速度为 0.3mL / h。将制得的 PAN / PVP / C4H6ZnO4 / C4H6MnO4复合纳米纤维膜均匀的放入管式炉中，在空气氛下进行煅烧，升温速度0.5°C / min，从室温升至800°C，在800°C下保温5h，最后在空气氛中自然冷却至室温。
[0018]实施例2
[0019]称取5g PAN，加入到45g DMF溶液中，放入磁性转子，将锥形瓶放入水浴锅中，调节水温至40°C，调节适当转速，搅拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。称取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.5556g、乙酸锌?二水0.6907g、乙酸锰?四水1.5424g(PAN:PVP的质量比为9:1，乙酸锌和乙酸锰摩尔比为1:2)，分别加入之前配置的溶液中，于室温继续搅拌至溶质完全溶解均匀。采用自制静电纺丝设备，将铝箔固定在滚筒上作为接收板。纺丝参数为:接收距离为 16cm，电压为 18kV，纺丝速度为 0.5mL / h。将制得的 PAN / PVP / C4H6ZnO4 / C4H6MnO4复合纳米纤维膜均匀的放入管式炉中，在空气氛下进行煅烧，升温速度1°C / min，从室温升至700°C，在700°C下保温3h，最后在空气氛中自然冷却至室温。
[0020]实施例3
[0021]称取5g PAN，加入到45g DMF溶液中，放入磁性转子，将锥形瓶放入水浴锅中，调节水温至40°C，调节适当转速，搅拌4?12h至PAN全部溶于DMF中。称取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.5556g、乙酸锌?二水0.6907g、乙酸锰?四水1.5424g(PAN:PVP的质量比为9:1，乙酸锌和乙酸锰摩尔比为1:2)，分别加入之前配置的溶液中，于室温继续搅拌至溶质完全溶解均匀。采用自制静电纺丝设备，将铝箔固定在滚筒上作为接收板。纺丝参数为:接收距离为18cm,电压为20kV，纺丝速度为ImL / h。将制得的PAN / PVP / C4H6ZnO4 / C4H6MnO4复合纳米纤维膜均匀的放入管式炉中，在空气氛下进行煅烧，升温速度2°C / min，从室温升至600°C，在600°C下保温4h，最后在空气