[發明專利]一種鋰離子電池錳氧化物復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910942107.0
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110783539B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 李坤;鄭剛;張小健
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 劉勇

本發明公開了一種鋰離子電池錳氧化物復合材料及其制備方法和應用,所述鋰離子電池錳氧化物復合材料包括錳氧化物顆粒均勻分布在纖維狀碳上形成的纖維狀碳/錳氧化物復合材料，及包覆在所述纖維狀碳/錳氧化物復合材料表面的碳層。本發明的鋰離子電池錳氧化物復合材料有效的緩解了材料的體積膨脹和導電性差的問題。使用該材料制備的鋰離子電池具有良好的電化學性能。

技術領域

本發明涉及材料合成及化學電源技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池錳氧化物復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度大、充放電速度快、循環壽命長等優點應用于各種電子設備。隨著社會的發展，新能源汽車領域的興起，鋰離子電池能量密度的提升是必須的也是必然的。尋求更高比容量的活性材料成為行業內熱點和研究方向。

錳氧化物由于比容量高、資源豐富、價格便宜、環境友好等特點而受到人們的廣泛關注，成為最具有研究前景的鋰離子電池負極材料之一。但是錳氧化物有以下幾個缺點：(1)材料在循環過程中較大體積膨脹，破壞電極結構，導致放電容量持續下降；(2)材料自身導電性差，導致電池大電流充放電性能差。如何有效改善以上兩個問題成為人們研究的熱點。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種鋰離子電池錳氧化物復合材料及其制備方法和應用，本發明的鋰離子電池錳氧化物復合材料有效的緩解了材料的體積膨脹和導電性差的問題。使用該材料制備的鋰離子電池具有良好的電化學性能。

本發明提出一種鋰離子電池錳氧化物復合材料，所述鋰離子電池錳氧化物復合材料包括錳氧化物顆粒均勻分布在纖維狀碳上形成的纖維狀碳/錳氧化物復合材料，及包覆在所述纖維狀碳/錳氧化物復合材料表面的碳層。

優選地，所述纖維狀碳為多壁碳納米管、單壁碳納米管、氣相沉積碳纖維中的一種或多種。

優選地，所述鋰離子電池錳氧化物復合材料的制備方法如下：

S1、用強堿在高溫、惰性氣氛中處理纖維狀碳，洗滌、過濾、烘干后，得到預處理纖維狀碳；

S2、將步驟S1制得的預處理纖維狀碳和KMnO₄、水混合攪拌均勻后，進行微波處理，冷卻后洗滌、過濾、烘干得到纖維狀碳/錳氧化物復合材料；

S3、將步驟S2制得的纖維狀碳/錳氧化物復合材料和碳源、水混合攪拌均勻后，進行微波處理，冷卻后洗滌、過濾、烘干，即得。

優選地，所述惰性氣氛包括氮氣、氦氣、氬氣氣氛。

優選地，所述預處理纖維狀碳和KMnO₄的質量比為2：1-1：20。

優選地，所述纖維狀碳/錳氧化物復合材料和碳源的質量比為5：1-1：5；。

優選地，所述碳源為水溶性糖類物質，更優選地，所述碳源為葡萄糖、果糖、蔗糖等其中一種或多種。

優選地，所述步驟S1中，高溫處理的溫度為700-900℃，處理時間為8-24h。

優選地，所述步驟S2中，微波處理的轉速為1-100r/s，反應功率為100-1000W反應時間為0.1-5h。

優選地，所述步驟S3中，微波處理的轉速為1-100r/s，反應功率為100-1000W反應時間為0.1-5h。

本發明還提出了一種鋰離子電池，包括正極、隔膜、負極和電解液，所述負極包括負極活性物質，所述負極活性物質為上述鋰離子電池錳氧化物復合材料。

優選地，所述負極包括金屬集流體和涂布在所述金屬集流體上的負極活性物質和導電劑、粘結劑。

優選地，所述金屬集流體為金屬Cu或Cu合金。