[發明專利]一種制備鋰離子電池負極材料MnO2

有效

• 申請號: 201910576413.7
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110299524B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 夏傲;宜玨;趙晨鵬;韓曰朋;談國強
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

一種制備鋰離子電池負極材料MnO₂/Ag的方法，步驟1：將NaOH溶液與H₂O₂溶液混合，靜置得到黑色沉淀物，再將黑色沉淀物水洗至中性，在恒溫干燥箱中干燥，將黑色粉體加入到NaOH溶液中，在高壓反應釜中水熱反應，最后干燥；步驟2：將步驟1所得產物與HCl溶液混合，水洗至中性，干燥后得到氫型二氧化錳，步驟3：將步驟2所得產物與TMA溶液混合，攪拌水洗，得到含有分散MnO₂納米片的漿料；步驟4：將步驟3所得產物與去離子水混合，記為溶液A；將溶液A與AgNO₃溶液混合，記為溶液B，將溶液B與PVP溶液混合，記為溶液C；步驟5：將步驟4所得溶液C光照反應，步驟6：將步驟5所得溶液分別水洗和醇洗，可得MnO₂/Ag復合物，本發明所得產物具有良好的電化學循環穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種制備鋰離子電池負極材料 MnO₂/Ag的方法。

背景技術

鋰離子電池因具有高能量密度、高功率密度、循環壽命長和使用溫度范圍寬等優點而被廣泛應用于電動汽車、航天航空和生物醫學等領域。目前，商業化石墨負極材料的理論比容量過低(372mAh/g)，且在大電流密度下容易產生鋰枝晶等缺陷，因而，已無法滿足市場上快速增長的大比容量的要求。

過渡金屬氧化物由于具有大的比容量而成為當前鋰離子電池負極材料的研究熱點。其中層狀結構的δ-MnO₂具有儲量豐富、價格低廉、環境友好等優點，且理論比容量高達1232mAh/g。δ-MnO₂的層狀結構可利于帶電粒子在晶格中移動，發生氧化還原反應。δ-MnO₂經過酸處理則會具有較高的離子交換活性，有利于改變層間距從而增大該材料的儲鋰能力。但是，MnO₂作為鋰離子電池的負極材料仍然具有一些缺點：MnO₂材料本身的不可逆容量大，容量衰減過快；MnO₂的本征電導率低；在充放電循環過程中，體積效應顯著，極易使電極材料粉化失活，導致鋰離子電池的循環壽命較短。為了克服以上的缺點，現如今對MnO₂的改性方式多種多樣，負載貴金屬納米顆粒是其中的一種有效方法。Ag由于相對于其他貴金屬而言資源最豐富，且導電性好，將Ag納米顆粒負載于MnO₂納米片表面，可形成導電網絡，提高材料的導電性，改善其電化學性能。

MnO₂納米片的比表面積大，能夠為充放電反應提供更多的活性位點；增加活性材料與電解液的接觸面積；縮短納米結構間的擴散距離，使得離子擴散更加容易。本發明是在MnO₂納米片表面負載金屬納米顆粒Ag，MnO₂納米片表面帶有負電荷， Ag⁺與MnO₂納米片之間通過靜電引力結合在一起。現有的貴金屬Ag負載方法有化學還原法、熱分解法以及光照法等，化學還原法是利用還原劑將Ag⁺還原為Ag單質，該方法需調節pH以防止NaBH₄(還原劑)的分解；熱分解法，需要較高的溫度獲得單質Ag。而光照法與上兩種方法相比實驗條件較為簡單，實驗方法溫和，無需高溫，且耗時短。目前的研究者大多是利用光照法還原Ag納米顆粒，將Ag納米顆粒負載于α-MnO₂(隧道結構)且應用于超級電容器及光催化等方向，α-MnO₂(隧道結構) 的理論比容量低于δ-MnO₂，且納米片狀δ-MnO₂可為充放電反應提供更多的活性位點。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明的目的在于提供一種制備鋰離子電池負極材料MnO₂/Ag的方法，利用紫外光照法將Ag納米顆粒負載于MnO₂納米片上，所采用的制備工藝簡單，且擁有好的環境相容性，所得產物具有良好的電化學循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：