一種非有機體系中制備γ?MnOOH納米棒的方法與流程
本發明涉及一種非有機體系中制備γ-MnOOH納米棒的方法。
(二)
背景技術：
堿式氧化錳(MnOOH)作為一種過渡金屬過氫氧化物，廣泛應用于催化劑、電化學、分子吸附及電致變色等領域。其在電化學領域可用作鋰離子電池的負極材料或錳基正極材料以及MnO2等錳氧化合物的前驅體。傳統的制備MnOOH的方法主要有溶劑熱法、反相膠束法、模板法等。
中國專利文獻CN101851008A公開了一種制備純度高的MnOOH納米棒的方法，以高錳酸鉀和N,N-二甲基甲酰胺為原料，100-200℃下溶劑熱反應2-24h得到產物。該方法的不足是使用了有機溶劑N,N-二甲基甲酰胺，其具有一定的毒性。
(三)
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種非有機體系中，無需表面活性劑和模板，產物粒徑分布均勻且純度高，適于工業化生產的制備γ-MnOOH納米棒的方法。
本發明采用的技術方案是：
一種非有機體系中制備γ-MnOOH納米棒的方法，所述方法包括：
(1)將二價錳鹽和KMnO4按摩爾比3～5:1溶于去離子水中，錳鹽和去離子水的比例為質量比1:3～15，攪拌均勻，得到混合液；本發明反應過程在去離子水中進行，反應體系為非有機體系。
(2)配制2～5mol/L LiOH溶液；
(3)將步驟(1)混合液逐滴快加入步驟(2)溶液中，攪拌均勻，得到混合溶液；
(4)將步驟(3)混合溶液置于聚四氟乙烯內襯的反應釜中，180～220℃下反應10～20h；
(5)步驟(4)中反應得的產物過濾、洗滌、干燥，即得所述γ-MnOOH納米棒。
所述二價錳鹽為下列之一：Mn(CH3COO)2、MnSO4、MnCl2、Mn(NO3)2。包括但不限于以上幾種。
優選的，步驟(1)中Mn2+與KMnO4的摩爾比為4:1。
優選的，步驟(2)中LiOH溶液濃度為4mol/L。
本發明的有益效果主要體現在：(1)采用非水體系，通過溫和的水熱法合成粒徑分布均勻、純度高的γ-MnOOH納米棒；(2)無需模板劑或表面活性劑，產物后處理方便；(3)操作簡單，設備便利，成本相對較低，適用于工業化生產；(4)測試表明，所制備的材料合成的正極材料xLi2MnO3·(1-x)LiMnO2具有良好的電化學性能，暗示了其在鋰離子電池電極材料領域的應用前景。
(四)附圖說明
圖1為本發明MnOOH納米棒的制備方法的流程圖；
圖2為實施例1制得的γ-MnOOH納米棒的SEM圖；
圖3為實施例1制得的γ-MnOOH納米棒的XRD圖；
圖4為實施例2制得的γ-MnOOH納米棒的SEM圖；
圖5為實施例2制得的γ-MnOOH納米棒的XRD圖。
(五)具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此：
實施例1：
制備方法流程圖參見圖1，按摩爾比4:1稱取2.7g硫酸錳，0.6g高錳酸鉀依次加入15mL去離子水中，攪拌均勻后，緩慢滴加入5mL濃度為4mol/L的氫氧化鋰溶液中，攪拌30min后，將混合液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，220℃下反應20h得到沉淀物，過濾并用去離子水洗滌沉淀物后，80℃下真空干燥4h，得到目標產物。樣品SEM圖參見圖2，XRD圖參見圖3。由圖2和圖3可知，目標產物是γ-MnOOH納米棒，寬50～60nm，厚20～30nm，長1～5μm，分散均勻。使用該γ-MnOOH納米棒作為前驅體合成結晶度高的0.4Li2MnO3·0.6LiMnO2復合鋰離子電池正極材料，具有良好的電化學性能，放電容量可達180mAh/g以上(放電區間2～4.8V vs.Li/Li+)。
實施例2：
量取50wt％Mn(NO3)2·6H2O溶液5.96mL溶于15mL去離子水中，再加入0.6g高錳酸鉀攪拌均勻后，緩慢滴加入5mL濃度為4mol/L的氫氧化鋰溶液中，攪拌30min后，將混合液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，220℃下反應20h得到沉淀，過濾并用去離子水洗滌沉淀后，80℃下真空干燥4h，得到目標產物。樣品SEM圖參見圖4，XRD圖參見圖5。由圖可知，目標產物是γ-MnOOH納米棒，寬40～80nm，厚20～30nm，長0.5～1μm，分散均勻。使用該γ-MnOOH納米棒作為前驅體可以合成結晶度高的0.4Li2MnO3·0.6LiMnO2復合鋰離子電池正極材料，具有良好的電化學性能，放電容量可達170mAh/g以上(放電區間2～4.8V vs.Li/Li+)。
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