[發明專利]堿金屬離子修飾錳系氧化物負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201511016059.0
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105489879B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 曹朝霞;丁延敏;喬蕓;董紅玉;尹艷紅;楊書廷
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

本發明公開了一種堿金屬離子修飾錳系氧化物負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負極材料技術領域。堿金屬離子修飾錳系氧化物負極材料的制備步驟如下：1)取錳系金屬氧化物或者錳系金屬氧化物的易分解前驅體，與堿金屬鹽一起加入水中，在溫度50～70℃下攪拌至干，研磨后得到中間產物復合材料；2)惰性氣氛中，取中間產物復合材料在溫度400～600℃下保溫0.5～6小時，冷卻即得。該負極材料具有優異的電化學循環性能和倍率性能，在375mA/g電流密度下首次放電容量達1359mAh/g，100次循環后仍穩定在1170mAh/g以上，其制備工藝簡單，操作簡便，生產成本低，對環境友好，適用于鋰離子電池、動力電池等小中型電子設備。

技術領域

本發明涉及一種堿金屬離子修飾錳系氧化物負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負極材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池作為新型綠色能源具有高容量、高比能量、循環壽命長、自放電率低、安全性能好、無記憶效應等優點，在便攜式電子設備、電動汽車、辦公自動化、空間技術、醫療器械、國防工業、家用電器等方面具有廣闊的應用前景。

電極材料是決定鋰離子電池能量密度、安全性和壽命的關鍵因素之一，研發高容量和長循環壽命的負極材料對鋰離子電池的高性能化起著舉足輕重的作用。目前市場上已經商業化的負極材料主要是石墨類碳材料，其具有電壓低、循環穩定等優點。但其理論比容量僅為372mAh/g，難以滿足對電極材料高容量的要求。另外，石墨類碳材料在循環過程中容易產生鋰枝晶，易引發安全性問題，所以不適用于動力電池。近年來，過渡金屬氧化物(如MnO、Mn2O3、Mn3O4、NiO、CoO、Co3O4、Fe2O3、Fe3O4等)因其較高的理論比容量和較好的安全性引起了人們的廣泛關注。但是過渡金屬氧化物在鋰化或去鋰化過程中存在較大的體積膨脹，易導致電極材料粉末化，并且過渡金屬氧化物自身的導電性較差，在充放電過程中易使部分活性物質失去有效電接觸，降低其循環性能。

相較其他的過渡金屬氧化物，錳系氧化物的理論比容量高，約為石墨負極材料的2倍，并且具有較低的脫鋰電位。此外還具有成本低廉，原料豐富，安全環保等優勢，是極具前景的鋰電池負極材料。但是，錳系氧化物在循環過程中的首次庫倫效率較低，體積變化大，循環穩定性差。目前，改性錳系氧化物常用的方法是對材料進行納米化處理，降低鋰化或去鋰化過程中的體積膨脹；或者與導電性良好的碳材料(如活性炭、碳納米管、石墨烯等)進行復合，緩解其體積變化；抑或摻雜稀土金屬增強其導電性。例如可采用溶膠凝膠法、水熱法、氣相沉積法、噴霧干燥法、微乳液法等合成MnO納米線、MnO-碳納米管復合材料、MnO-石墨烯復合材料等，但是合成操作復雜，材料成本高，耗時長。

發明內容

本發明的目的是提供一種堿金屬離子修飾錳系氧化物負極材料的制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：

堿金屬離子修飾錳系氧化物負極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)取錳系金屬氧化物或者錳系金屬氧化物的易分解前驅體，與堿金屬鹽一起加入水中，在溫度50～70℃下攪拌至干，研磨后得到中間產物復合材料；

2)惰性氣氛中，取中間產物復合材料在溫度400～600℃下保溫0.5～6小時，冷卻即得。

步驟1)中錳系金屬氧化物為氧化錳、三氧化二錳、四氧化三錳等中的一種或多種。