硝酸锰真空热解法制备Mn3O4粉(3)
能源的缺乏和生态环境的恶化正逐步成为人类文明发展的阻碍，关于低损耗的环保材料和新式的储能材料的研究以及新能源的开发已经变成人们迫切需要解决的问题。不仅如此，通信工具和电器设备的微型化发展也需要很多高性能的蓄电池；以电能为主要能源的车辆的推广也迫切需要人们研究出更加廉价和环保的蓄电池。这些都需要性能更好的材料来制造二次电源，同时也意味着二次电源的市场仍然拥有着广阔的发展空间。在我国锂离子电池最具有发展前景，到现在为止锂离子电池的市场正处于价格竞争状态，然而国内的锂离子电池生产材料还需要从国外购买，这一问题严重抑制了国内锂离子电池企业的发展。为了解决这一问题，我们需要自主研发出性能更高的电源电极材料。可以用作锂离子电池正极材料的锂锰复合氧化物有很多种，其中最为常见的是LiMn2O4和LiMnO2。随着技术的进步，我们发现Mn3O4比起MnO2更适合用作合成锰酸锂的原材料，而锰酸锂则是制造锂离子电池的主要原料。四氧化三锰的研究将在电池领域获得全新的发展，人们需要进一步的探索和研究，开发出适合LiMn2O4生产的四氧化三锰产品。论文网
1。2四氧化三锰的制备工艺
从反应方法来看，Mn3O4的反应过程一共分为两种:分别是将低价态的锰元素进行氧化以及把高价态的锰元素还原。
从材料的形态和制备方法来看，Mn3O4的生产方法又可以分为液相法以及固相法。
从反应所需要的原材料不同来分类的话，制备Mn3O4的工艺又可分为以下几类，分别是：将锰的氧化物或氢氧化物作为原材料的锰氧化物和氢氧化物法；将锰的盐类化合物作为原材料的锰盐法以及将金属锰作为原材料的金属锰法等。
接下来根据反应所需要的原材料来分类，具体分析Mn3O4的各种制备工艺。
1。2。1锰氧化物和氢氧化物法
基本上锰元素的各种氧化物以及氢氧化物全部都能经过氧化反应或者还原反应生成Mn3O4，根据原材料的不同它们各自的方法也有所区别，具体的有高温焙烧还原法和气体还原法等。将MnO2或Mn2O3加热到950 ℃以上可以制得Mn3O4，例如在1000 ℃左右将MnO2焙烧2~3小时就可以得到纯度很高的Mn3O4。在早年的研究中，斯托布等还发现冷却条件的不同也会对生成物的纯度造成不同程度的影响，例如将加热后样品随炉冷却得到的产物要比隔绝空气快速降温得到的产物含有更多的杂质[7]。
此外，在高价锰的氧化物的还原反应过程中，如果向炉子类通入CO、H2或CH4这类气体，使样品始终处在一个还原性气氛中，则能使样品的反应温度有所降低。其中效果最显著的是CH4气体，在CH4的气氛中，样品的反应温度要比别的还原性气体还要低，在400 ℃左右就可以生成四氧化三锰，这样就避免了四氧化三锰可能发生的其他反应，因而可以使生成物的Mn3O4含量更高。以锰的不同氧化物为原材料，制备四氧化三锰所需要的温度也有所不同，其中三氧化二锰和碱式氧化锰的反应温度大约在400 ℃左右，而二氧化锰的反应温度则在250 ℃和400 ℃之间。在较低的焙烧温度下，样品反应生成的四氧化三锰粒度更小，并且不容易烧结。
虽然使用高温焙烧还原法能够制备出纯度很高的Mn3O4，但产物由于受高温烧结，其物理性质如：比表面积、松装密度、活性等难以满足电子级Mn3O4的要求。该工艺的放大效果也并不理想，在工业生产的时候很容易出现转化不完全的现象。烧结过程过长容易出现边缘硬化的现象，烧结后的产品破碎困难，产品粒度可能达不到要求。在冷却过程中很容易发生回氧现象，使产品中含有少量的三氧化二锰杂质。使用气体还原法可以使反应温度降低，但其反应过程和终点难以控制。有甲烷气体参与反应时，也可能会对工业生产的安全性造成隐患。
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