[發明專利]一種鋰離子電池負極用原位碳包覆碳酸錳的制備方法

有效

• 申請號: 201610333350.9
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN105826522B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 張建新;馮小鈺;張君楠;張風太
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東威能環保電源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極用原位碳包覆碳酸錳的制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池的蓬勃發展和應用的更加廣闊，市場對其便攜性和能量密度提出了更高的要求。作為鋰離子電池重要的組成部分，負極材料對性能的影響至關重要。然而，現有的商業化負極材料碳負極已難以滿足這樣的要求，因此對各種可替代型負極材料經行研究和改性是解決此問題的重要方法。

目前，負極材料從從儲鋰機制上可分為插入型，合金型和轉換型三類。而轉換型負極相對于合金型和插入型電極具有高容量，充放電體積變化較小等優點，因此更適用于未來的鋰電市場。以碳酸錳為代表的過渡金屬碳酸鹽作為新型的轉換型鋰離子電池負極材料，自2007年被第一次報道以來得到了極大的關注，但是同其他基于轉化反應機理的材料類似，碳酸錳等過渡金屬碳酸鹽負極材料同樣存在在充放電過程中體積變化大，結構崩潰，容量下降，進而導致鋰離子電池電化學性能衰減，嚴重影響了此類材料的在鋰離子電池方面的實際應用。為此，如何通過改性手段克服碳酸錳等過渡金屬碳酸鹽負極材料的上述缺點成為現在國內外許多學者研究的重點。目前，常用的改性手段有碳包覆、形貌控制等，然而，這些方法往往制備過程繁瑣、制備條件苛刻、能耗高，所得到產品不盡人意，不利于工業化實際生產。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種一步法原位制備鋰離子電池負極用碳包覆碳酸錳的方法，該方法制備原料廉價易得，操作簡單耗能少、無污染，所得到的碳酸錳碳包覆均勻，粒度分布均勻，純度高，能夠有效防止碳酸錳充放電過程中顆粒崩潰現象，提高鋰離子電池循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池負極用原位碳包覆碳酸錳的制備方法，包括以下步驟：

(1)分別配制一定濃度的高錳酸鉀溶液和碳源溶液，所述碳源和高錳酸鉀溶液的摩爾濃度比為1：2-2.5；

(2)將碳源溶液加入到高錳酸鉀溶液中，攪拌分散后超聲處理；

(3)將分散好的溶液加入到反應釜中加熱，加熱溫度為120℃-180℃，加熱時間為3-24h；

(4)反應釜自然冷卻至室溫，清洗，干燥后所得粉體即為鋰離子電池負極用原位碳包覆碳酸錳。

其中步驟(1)中的碳源包括葡萄糖，蔗糖和草酸中的一種或多種；

優選的，所述步驟(1)中，碳源為葡萄糖；

優選的，所述步驟(1)中，碳源溶液濃度為0.02～0.1摩爾/升；

優選的，所述步驟(2)中，超聲處理頻率為15～22Hz，處理時間為5～20分鐘；

優選的，所述步驟(3)中，加熱溫度為180℃，加熱時間為6h。

本發明還提供根據上述方法制備得到的一種鋰離子電池負極用原位碳包覆碳酸錳材料。

此外，本發明還提供一種鋰離子電池負極，所述電池負極的材料為如前所述的原位碳包覆碳酸錳材料。

最后，本發明還提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的負極材料為如前所述原位碳包覆碳酸錳材料。

有益效果：

1.本發明碳源在制備過程中主要起到兩種作用，一方面與高錳酸鉀反應生成碳酸錳，另一方面碳均勻包覆在形成的碳酸錳表面形成復合物，同時碳源的存在也有效抑制了碳酸錳晶體的團聚，因此所制得碳包覆碳酸錳粒度分布均勻，實現一步法原位制備鋰離子電池負極用碳包覆碳酸錳，大大簡化制備步驟，制備材料廉價易得，生產成本低，有利于工業化大規模生產；

2.本發明制備方法耗能少，僅在相對較低溫度下反應即可得到最終產品，產物不需后處理，反應過程環保安全，無有毒有害物質產生；

3.本發明所得碳酸錳碳包覆均勻，純度高，能夠有效防止碳酸錳充放電過程中顆粒崩潰現象，提高鋰離子電池循環穩定性。

附圖說明

圖1為實施例1中所得粉體的SEM圖；

圖2為實施例1中所得粉體的TEM圖；

圖3為實施例2中所得粉體的SEM圖；

圖4為實施例2中所得粉體的TEM圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發明，并不對其內容進行限定。

實施例1

(1)配制濃度為0.25摩爾/升的高錳酸鉀溶液，攪拌分散；

(2)配制0.1摩爾/升的葡萄糖溶液，攪拌分散；

(3)將上述葡萄糖溶液加入到高錳酸鉀溶液中，攪拌分散后超聲處理22Hz，處理時間為5分鐘；