碳层包覆纳米四氧化三锰壳核结构材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种碳层包覆纳米Mn3O4壳核结构材料及其制备方法与应用。本发明的纳米Mn3O4@C材料以植物细胞组织为结构导向剂，通过浸渍和分步煅烧合成。合成的材料保留了模板的生物形态，分步煅烧过程中形成氧化物纳米粒子和薄层的生物碳，生物碳的保留促进了Mn3O4纳米分散和晶粒生长，所得材料均匀无明显团聚现象。在电池充放电过程中，生物碳可以有效缓解锂离子脱嵌过程中晶格收缩导致的结构塌陷，并且为体积变化提供了支撑和保护，在循环过程中，碳层可以限制纳米颗粒聚集和体积膨胀，改善电池性能。该材料用于锂离子电池负极材料时，经过250次循环之后，稳定在840 mAhg‑1高比容量，循环库伦效率稳定在99 %。

说明书

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种碳层包覆纳米Mn

背景技术

过渡金属氧化物具有高理论比容量、资源丰富且相对绿色环保等特点，因此在锂离子电池负极材料中有着良好的发展前景。2000年Poizot等人首次提出了过渡金属可以和Li

当然，Mn

针对上述问题，将Mn

近年来，随着人们对大自然的不断深入了解，越来越多的独特生物结构被发掘出来，并加以模仿和利用，所得的仿生材料广泛应用于各个领域。生物模板法是指把天然的生物材料作为模板，无机离子在生物模板中进行扩散，再通过煅烧等其他方法将模板除去，得到了具有独特形貌结构的材料，生物模板法所制备出来的材料一般具有微米甚至纳米级多孔结构，并且能够有效地复制原始生物模板固有的特殊结构。但是目前还没有采用生物模板法制备Mn

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种碳层包覆纳米Mn

本发明的第一个目的是提供了一种碳层包覆纳米Mn

S1、将生物模板浸泡洗涤，晾干备用；

S2、将晾干的生物模板置于硝酸锰溶液中浸泡48~96小时，洗净晾干，得到干燥的硝酸锰浸润生物模板；

S3、将硝酸锰浸润生物模板在保护气氛下，升温至550~650℃，保温煅烧1~3小时；

S4、将S3步骤煅烧后的硝酸锰浸润生物模板取出，在空气氛围下，升温至650~750℃，得到所述的碳层包覆纳米Mn

进一步地，所述的生物模板为包菜叶、月季花花瓣或山茶花花瓣。

进一步地，在S1步骤中，浸泡生物模板采用的是浓度为40%~60%的乙醇溶液，且所述的乙醇溶液的pH为2~4。

进一步地，在S1步骤中，浸泡处理的时间为2~4周。

进一步地，在S2步骤中，所述的硝酸锰溶液的浓度为0.01 ~0.1 mol/L。

进一步地，在S3步骤中，升温的速率为8~12℃·min

进一步地，在S3步骤中，保护气氛为氮气或惰性气体。

进一步地，在S4步骤中，升温的速率为8~12℃·min

本发明的第二个目的是提供所述的方法制备得到的碳层包覆纳米Mn

本发明的第三个目的是提供一种锂电池电极，所述的锂电池电极由所述的碳层包覆纳米Mn

本发明的第四个目的是提供一种锂电池，其负极采用所述的碳层包覆纳米Mn

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明的纳米Mn

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

图1为实施例1合成的纳米Mn

图2为实施例1合成的纳米Mn

图3为实施例1合成的纳米Mn

图4为实施例1合成的纳米Mn

图5为对比例1合成的纳米Mn

图6为对比例2合成的纳米Mn

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

一种纳米Mn

（1）将包菜叶用蒸馏水洗净，并将其浸泡在EtOH溶液（EtOH：H

（2）将预处理后的包菜叶取出并用蒸馏水洗净滤干，然后浸泡在用50%Mn(NO

（3）将浸泡后的叶片取出，用蒸馏水洗净，室温晾干。

（4）将晾干的叶片进行煅烧，先在N

下面结合实施例合成得到的纳米Mn

图1是Mn

图2是Mn

下面对于本发明合成的纳米Mn

图3是Mn

图4是纳米Mn

实施例2：

（1）将包菜叶用蒸馏水洗净，并将其浸泡在EtOH溶液（EtOH：H

（2）将预处理后的包菜叶取出并用蒸馏水洗净滤干，然后浸泡在用50%Mn(NO

（3）将浸泡后的叶片取出，用蒸馏水洗净，室温晾干。

（4）将晾干的叶片进行煅烧，先在N

实施例3：

（1）将包菜叶用蒸馏水洗净，并将其浸泡在EtOH溶液（EtOH：H

（2）将预处理后的包菜叶取出并用蒸馏水洗净滤干，然后浸泡在用50%Mn(NO

（3）将浸泡后的叶片取出，用蒸馏水洗净，室温晾干。

（4）将晾干的叶片进行煅烧，先在N

对比例1：

（1）将包菜叶用蒸馏水洗净，并将其浸泡在EtOH溶液（EtOH：H

（2）将预处理后的包菜叶取出并用蒸馏水洗净滤干，然后浸泡在用50%Mn(NO

（3）将浸泡后的叶片取出，用蒸馏水洗净，室温晾干。

（4）将晾干的叶片进行煅烧，先在N

从图5的TEM图像可以看出，在分步煅烧过程中，当第二步的煅烧温度降低之后，复合材料中的生物碳没有被很好的去除，大量薄碳残留在复合材料中，没有完好地包裹在Mn

对比例2：

（1）将包菜叶用蒸馏水洗净，并将其浸泡在EtOH溶液（EtOH：H

（2）将预处理后的包菜叶取出并用蒸馏水洗净滤干，然后浸泡在用50%Mn(NO

（3）将浸泡后的叶片取出，用蒸馏水洗净，室温晾干。

（4）将晾干的叶片进行煅烧，先在N

图6是该对比例所得材料的TEM图像，可以看到，在分步煅烧过程中，当第一步的煅烧温度提高后，Mn