[發明專利]一種鋰離子電池負極用納米氧化錳/多孔碳原位復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710589177.3
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107425194A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 李峻峰;包珊珊;高陽;趙瑞蘭;劉磊;何歡;張佩聰;賴雪飛
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: H01M4/50
• 分類號: H01M4/50;H01M4/583;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明公開了一種鋰離子電池負極用納米氧化錳/多孔碳原位復合材料及其制備方法，屬于化工電極材料制造工藝技術領域。

背景技術

在所有的過渡金屬氧化物中，氧化錳具有相對較低的充放電電壓平臺(1.032V vs. Li/Li⁺)和高理論比容量(~756mAh/g)，氧化錳作為負極材料有利于高能量密度的實現。然而，充放電過程中材料存在體積變化大，結構完整性受到破壞，接觸電阻提高等問題，體積效應還會對電極表面的SEI膜造成破壞性影響，極大地降低了材料循環穩定性。研究發現，通過各種碳材料的摻入和復合改性，可以有效地減緩鋰離子嵌入/脫出引起的體積效應，同時碳材料的高導電性可以提升電子電導率。

目前報道的對氧化錳進行改性的碳材料主要有石墨、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維等。中國專利201210579755.2公開了一種基于石墨烯的鋰離子電池復合負極材料的制備方法，過程包括氧化石墨法制備氧化石墨烯，并采用微波法還原氧化石墨烯制備石墨烯，進一步通過微波法制得石墨烯-金屬氧化物復合電極材料，該方法步驟繁多，操作復雜，不易于產業化實施。中國專利201310561117.2公開了一種碳包覆錳氧化物復合材料的制備方法，中國專利201610063446.8公開了一種氧化錳/碳/碳納米管納米雜化材料及其制備方法和應用，中國專利201610051974.1公開了一種碳包覆多孔一氧化錳復合材料及其制備方法和應用。上述三種方法均需要外加碳源，工藝復雜，參數可控性差；同時，碳源和錳源僅僅采用簡單的物理混合，如攪拌、球磨等方式，不能達到完全均勻混合的效果，更未從分子結構上對二者的復合結構進行設計，只能一定程度上減緩和改善氧化錳充放電過程中存在的導電率低和體積效應問題。

因此，本發明從分子尺度對材料結構進行設計，選用具有絡合結構的檸檬酸錳為前驅體，通過直接碳化法制備具有原位復合結構的納米氧化錳/多孔碳原位復合材料。該復合結構中，納米氧化錳均勻分散在多孔碳材料中，避免了體積效應導致應力集中引起的結構破壞，保證了材料的結構穩定性；多孔碳作為一種新型碳材料，具有豐富的孔隙結構、良好的化學穩定性和導電性，作為緩沖層解決了氧化錳導電率低和體積效應問題，同時多孔碳材料本身具有較好的儲鋰性能，使納米氧化錳/多孔碳原位復合材料最終展現出高比容量、優異的循環穩定性。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種鋰離子電池負極用納米氧化錳/多孔碳原位復合材料及其制備方法，用以解決氧化錳導電率低、體積效應明顯等問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種鋰離子電池負極用納米氧化錳/多孔碳原位復合材料，由納米氧化錳和多孔碳構成，納米氧化錳均勻分散于多孔碳中，二者形成原位復合結構。

所述納米氧化錳/多孔碳原位復合材料為顆粒狀，尺寸為3~10μm。

所述納米氧化錳/多孔碳原位復合材料的比表面積為5~30m²/g，孔徑為15~25nm。

進一步地，一種鋰離子電池負極用納米氧化錳/多孔碳原位復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）稱量無水氯化錳和二水檸檬酸三鈉，分別溶于去離子水得到氯化錳溶液和檸檬酸鈉溶液，將二者混合均勻得到混合溶液。

（2）加入無水乙醇至步驟（1）所得混合溶液中，然后置于60oC恒溫水浴鍋中，在持續攪拌的反應條件下進行保溫，反應沉淀產物冷凍干燥后得到檸檬酸錳前驅體。

（3）將步驟（2）所得檸檬酸錳前驅體裝入坩堝后，置于水平管式爐中，在氬氣條件下以5oC/min的速率從室溫升至碳化溫度，保溫1~4h后自然冷卻至室溫，最終碳化產物即納米氧化錳/多孔碳原位復合材料。

所述步驟（2）中，保溫時間為2~10min。

所述步驟（3）中，碳化溫度為600~900oC。

本發明有益效果如下：