一种多孔二氧化锰及其制备方法和应用

本发明涉及电池材料，尤其涉及一种多孔二氧化锰及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着环保型新能源电池产业的蓬勃发展，锰酸锂、磷酸铁锰锂等高性能电池对关键原料二氧化锰的各项性能要求更加多样化。多孔二氧化锰其内部孔道空间可有效缓解电极材料在反复充放电过程中由锂离子嵌入/脱出所产生的结构应力，从而维持电极稳定性，且多孔结构具有较大的比表面积，有助于提高电化学活性面积，提高电极的容量和充放电效率。目前多孔二氧化锰的制备方法多为成品二氧化锰后处理造孔。如公开号为cn114956186a的中国专利申请，采用将二氧化锰成品高温还原焙烧，再经硫酸歧化、重置氧化，在反应液中持续气泡冲击、分离干燥制备多孔二氧化锰。该处理方法不仅工艺复杂，成本高，同时所制备的多孔二氧化锰表面和内部孔隙不均匀，难以满足技术要求。

2、因此，提供一种工艺简单且使二氧化锰孔隙均匀的制备方法，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多孔二氧化锰及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法所制备的二氧化锰具有均匀多孔的微观结构，同时二氧化锰纯度高，且制备工艺简单。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种多孔二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：

4、将硫酸锰酸性电解液、椰子油和起泡剂混合后进行电解，得到多孔二氧化锰；

5、所述起泡剂包括皂角苷、无患子提取物、甜菜碱和水；

6、所述硫酸锰酸性电解液、椰子油和起泡剂的质量比为1：(0.03～0.07)：(0.02～0.06)；

7、所述电解时正负极的电流密度独立地为60～100a/m2。

8、优选地，所述硫酸锰酸性电解液的制备方法包括以下步骤：

9、(1)将软锰矿和硫铁矿混合球磨，得到混合矿粉；

10、(2)将所述步骤(1)得到的混合矿粉和稀硫酸混合后进行浸出化合反应，过滤后得到粗制硫酸锰溶液；

11、(3)向所述步骤(2)得到的粗制硫酸锰溶液中加入石灰乳进行中和反应，然后进行过滤，接着加入二甲氨基磺酸钠和bas除杂剂进行螯合反应，最后进行过滤得到精制硫酸锰溶液；

12、(4)将所述步骤(3)得到的精制硫酸锰溶液和硫酸混合，得到硫酸锰酸性电解液。

13、优选地，所述硫酸锰酸性电解液中硫酸的浓度为25～45g/l。

14、优选地，所述步骤(3)中二甲氨基磺酸钠和bas除杂剂的总量为步骤(1)中混合矿粉质量的4～8％。

15、优选地，所述起泡剂包括皂角苷20～50wt.％、无患子提取物≤20wt.％、甜菜碱10～30wt.％和水40～60wt.％。

16、优选地，所述硫酸锰酸性电解液、椰子油和起泡剂的质量比为1：(0.03～0.06)：(0.03～0.05)。

17、优选地，所述电解的温度为90～100℃。

18、优选地，所述电解时正负极的电流密度独立地为80～100a/m2。

19、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的多孔二氧化锰。

20、本发明提供了上述技术方案所述多孔二氧化锰在电池中的应用。

21、本发明提供了一种多孔二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：将硫酸锰酸性电解液、椰子油和起泡剂混合后进行电解，得到多孔二氧化锰；所述起泡剂包括皂角苷、无患子提取物、甜菜碱和水；所述硫酸锰酸性电解液、椰子油和起泡剂的质量比为1：(0.03～0.07)：(0.02～0.06)；所述电解时正负极的电流密度独立地为60～100a/m2。本发明在硫酸锰酸性电解液中添加起泡剂和椰子油，由于椰子油不溶于水，因此在电解的过程中，负极不断地产生氢气，分布在硫酸锰酸性电解液表面的椰子油在氢气作用下，会形成泡沫结构的隔热保温层覆盖在电解液的表层，一方面可以使电解液的温度稳定在合适的范围内，另一方面隔热保温层的存在可以降低氢气的逸散，从而使电解液中分布的起泡剂在氢气作用下，不断在阳极形成细密泡沫，而在阳极板表面电解出的二氧化锰在沉积结晶过程中，则会在细密泡沫作用下夹杂微小气泡，从而一步形成疏松多孔二氧化锰沉积在阳极板上，得到均匀多孔的二氧化锰，无需再对二氧化锰的孔隙结构进行后续的处理，降低生产成本；另外通过采用皂角苷、甜菜碱和无患子提取物三种不同表面活性剂作为起泡物质，混合后分子间存在相互作用，可以起到复配增效的作用，从而使其产生的气泡更加细密稳定，有利于得到均匀多孔结构，同时所使用的天然表面活性剂避免了传统化工产品对皮肤眼睛的刺激腐蚀性伤害，绿色环保。实施例的结果显示，本发明提供的制备方法所制备的二氧化锰具有均匀多孔的微观结构，同时二氧化锰纯度高。

技术特征：

1.一种多孔二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸锰酸性电解液的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸锰酸性电解液中硫酸的浓度为25～45g/l。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中二甲氨基磺酸钠和bas除杂剂的总量为步骤(1)中混合矿粉质量的4～8％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述起泡剂包括皂角苷20～50wt.％、无患子提取物≤20wt.％、甜菜碱10～30wt.％和水40～60wt.％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸锰酸性电解液、椰子油和起泡剂的质量比为1：(0.03～0.06)：(0.03～0.05)。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解的温度为90～100℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解时正负极的电流密度独立地为80～100a/m2。

9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的多孔二氧化锰。

10.权利要求9所述多孔二氧化锰在电池中的应用。

技术总结本发明提供了一种多孔二氧化锰及其制备方法和应用，属于电池材料技术领域。本发明在硫酸锰酸性电解液中添加起泡剂和椰子油，由于椰子油不溶于水，因此在电解的过程中，负极不断地产生氢气，分布在硫酸锰酸性电解液表面的椰子油在氢气作用下，会形成泡沫结构的隔热保温层覆盖在电解液的表层，一方面可以使电解液的温度稳定在合适的范围内，另一方面隔热保温层的存在可以降低氢气的逸散，从而使电解液中分布的起泡剂在氢气作用下，不断在阳极形成细密泡沫，而在阳极板表面电解出的二氧化锰在沉积结晶过程中，则会在细密泡沫作用下夹杂微小气泡，从而一步形成疏松多孔二氧化锰沉积在阳极板上，得到均匀多孔的二氧化锰。技术研发人员：陈晗,龙兰,周伟,邓伟娜,万惠受保护的技术使用者：长沙学院技术研发日：技术公布日：2024/6/23