一种锂离子电池MnO/SuperP纳米负极材料的制备方法与流程

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池MnO/Super P纳米负极材料的制备方法。

背景技术：

锂离子电池由于具有高的能量密度，长的循环寿命，无记忆效应等优点，而被广泛地用于电动汽车和混合动力汽车等方面。随着人们对能源地需求越来越高，探寻高容量的电极材料已经成为当前研究的发展热点。传统的负极材料是碳材料，但是由于其理论比容量低，体积密度小，容易脱落，不能满足人们当前对于小体积大容量的需求，而且当电池过充时，还会出现安全性问题，所以，研究者们就开始探索另外一种可以替代碳材料的负极材料。

过渡金属氧化物MnO由于其自然资源丰富、低毒、低成本，高的理论比容量(755.6mA h g^-1)等特点，被广泛用于锂离子电池负极材料的研究。但其最大地缺点就是导电性低，而Super P是一种无定型纳米颗粒状的导电炭黑，因此本发明采用与Super P复合来改善MnO的导电性，进而改善了它的电化学性能。

目前制备氧化锰/碳复合物的方法主要有水热及随后热处理法和溶胶凝胶法。Xing Zhang等通过热处理沉积的氢氧化锰前驱体和乙炔制备核壳结构的MnO/C纳米片，循环30圈后放电比容量563mA h g^-1，在电流密度为300mA g-1时，可逆比容量为550mA h g^-1[Zhang X,Xing Z,Wang L,et al.Synthesis of MnO@C core–shell nanoplates with controllable shell thickness and their electrochemical performance for lithium-ion batteries[J].Journal of Materials Chemistry,2012,22(34):17864-17869.]。该方法制备过程复杂，产物的循环稳定性比较差。Changju Chae等通过以硅纳米颗粒为模板碳化间苯二酚树脂胶凝聚合物的方法制备介孔碳，然后将五水硝酸锰浸渍在介孔碳中制备MnO/C复合物。在2A g^-1的电流密度下，放电比容量为320-345mA h g^-1，循环100圈放电比容量为500mA h g^-1。[Chae C,Park H,Kim D,et al.A Li-ion battery using LiMn 2O 4cathode and MnO x/C anode[J].Journal of Power Sources,2013,244:214-221.]。该方法制备产物的性能有所提高，但制备过程复杂，不适宜于大规模工业化生产。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种工艺简单、环境友好、具有优异电化学性能的锂离子电池MnO/Super P纳米负极材料的制备方法。

为实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

1)将高锰酸钾溶于去离子水中，配制成质量分数为3％-15％的高锰酸钾溶液；

2)取0.1-0.5g的Super P，加入到高锰酸钾溶液中，超声分散，得到均匀分散的溶液；

3)将步骤2)所得的分散液转移至聚四氟乙烯水热釜中进行水热反应，将反应后的产物洗涤，离心，烘干；

4)将烘干的产物置于管式气氛炉中热处理，即可得到最终产物。

所述步骤3)中的水热反应温度为120-180℃，时间为4-12h。

所述步骤3)中的洗液为去离子水和无水乙醇。

所述步骤4)中的气氛为氩气气氛。

所述步骤4)中的热处理温度为600-800℃，时间为1-4h。

本发明以高锰酸钾和Super P为原料，首先采用水热法制备出二氧化锰和Super P，的复合物，后将其进行热处理，制备出MnO/Super P锂离子电池负极材料，作为锂离子电池负极材料具有优异的电化学性能。具有工艺简单、环境友好等优点。作为锂离子电池负极材料，具有较高的可逆容量和大电流充放电下的循环稳定性。

本发明所合成的MnO/Super P锂离子电池负极材料，由于其引入了高导电性的Super P，使得电极材料的导电性增加，电子的传输速度加快，所以很大程度上改善了它的电化学性能。

附图说明

图1为本发明制备的MnO/Super P锂离子电池负极材料的SEM(扫描电镜)图(放大倍数5万倍)。

图2为本发明制备的MnO/Super P锂离子电池负极材料的XRD(X射线衍射)图。

图3为本发明制备的MnO/Super P锂离子电池负极材料的循环稳定性图。

图4为本发明制备的MnO/Super P锂离子电池负极材料的倍率性能图。

具体实施方式

实施例1：

1)将高锰酸钾溶于去离子水中，配制成质量分数为3％的高锰酸钾溶液；

2)取0.1g的Super P，加入到高锰酸钾溶液中，超声分散，得到均匀分散的溶液；

3)将步骤2)所得的分散液转移至聚四氟乙烯水热釜中120℃水热反应12h，将反应后的产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心，烘干；

4)将烘干的产物置于氩气气氛的管式气氛炉中600℃热处理4h，即可得到最终产物。

实施例2：

1)将高锰酸钾溶于去离子水中，配制成质量分数为5％的高锰酸钾溶液；

2)取0.2g的Super P，加入到高锰酸钾溶液中，超声分散，得到均匀分散的溶液；

3)将步骤2)所得的分散液转移至聚四氟乙烯水热釜中140℃水热反应8h，将反应后的产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心，烘干；

4)将烘干的产物置于氩气气氛的管式气氛炉中700℃热处理2h，即可得到最终产物。

实施例3：

1)将高锰酸钾溶于去离子水中，配制成质量分数为8％的高锰酸钾溶液；

2)取0.3g的Super P，加入到高锰酸钾溶液中，超声分散，得到均匀分散的溶液；

3)将步骤2)所得的分散液转移至聚四氟乙烯水热釜中160℃水热反应6h，将反应后的产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心，烘干；

4)将烘干的产物置于氩气气氛的管式气氛炉中600℃热处理3h，即可得到最终产物。

实施例4：

1)将高锰酸钾溶于去离子水中，配制成质量分数为10％的高锰酸钾溶液；

2)取0.4g的Super P，加入到高锰酸钾溶液中，超声分散，得到均匀分散的溶液；

3)将步骤2)所得的分散液转移至聚四氟乙烯水热釜中180℃水热反应4h，将反应后的产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心，烘干；

4)将烘干的产物置于氩气气氛的管式气氛炉中800℃热处理1h，即可得到最终产物。

实施例5：

1)将高锰酸钾溶于去离子水中，配制成质量分数为12％的高锰酸钾溶液；

2)取0.4g的Super P，加入到高锰酸钾溶液中，超声分散，得到均匀分散的溶液；

3)将步骤2)所得的分散液转移至聚四氟乙烯水热釜中150℃水热反应8h，将反应后的产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心，烘干；

4)将烘干的产物置于氩气气氛的管式气氛炉中700℃热处理3h，即可得到最终产物。

实施例6：

1)将高锰酸钾溶于去离子水中，配制成质量分数为15％的高锰酸钾溶液；

2)取0.5g的Super P，加入到高锰酸钾溶液中，超声分散，得到均匀分散的溶液；

3)将步骤2)所得的分散液转移至聚四氟乙烯水热釜中140℃水热反应10h，将反应后的产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心，烘干；

4)将烘干的产物置于氩气气氛的管式气氛炉中700℃热处理1h，即可得到最终产物。

从图1可以看出，制备的MnO/Super P锂离子电池负极材料呈现均匀地颗粒状形貌，颗粒大小约为40-50nm。

从图2可以看出，通过本发明的制备方法成功制备出了立方相的MnO。

从图3可以看出，所制备的MnO/Super P锂离子电池负极材料具有优异地循环性能，循环75圈后，容量可达690mA h g^-1。

从图4可以看出，所制备的MnO/Super P锂离子电池负极材料具有稳定地倍率性能，在电流密度为5Ag^-1时，也可保持260mA hg^-1的容量，在经过不同电流密度下的重放循环后，容量可以很明显回到初始容量，并略高于初始容量。