一种含锰钾氧的锂电池负极材料的制备方法与流程

本发明涉及一种锂电池负极材料的制备方法，特别是一种含锰钾氧的锂电池负极材料的制备方法，属于能源材料技术领域。

背景技术：

锂离子电池因具有高的质量比和体积比能量以及循环寿命长等优点，在便携式电子设备以及部分储能设备中得到了广泛的应用。目前，商业用锂离子电池的负极材料主要是碳材料，但研究发现，碳材料的平衡电位与金属锂的析出电位很接近，因此在过充电时，单质锂会在碳材料表面析出而形成锂枝晶，在一定条件下可引起电池短路，产生重大的安全隐患。为克服锂离子电池的安全问题，开发新型的锂离子电池负极材料则成为锂电池业内必须要面对的问题。为此，人们开发了许多新型的锂离子电池负极材料，包括过渡金属氧化物，如氧化铁、含锂的过渡金属氧化物，如钛酸锂、硅及其合金、锡及其合金等几类材料。虽然以上材料具有较高的理论比容量，但近期研究发现，以上这些材料具有体积的不可逆收缩过大、容量衰减过快、循环稳定性差等缺点。因此，寻找新型的锂电池负极材料仍是目前的研究热点之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种含锰钾氧的锂电池负极材料的制备方法，其步骤简单，所制备的材料在一定的充放电倍率下具有一定的容量并且具有良好的循环稳定性。

本发明给出的含锰钾氧的锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）前驱体的制备

选取高锰酸钾、锰酸钾中的一种化合物，称取一定质量，置于瓷坩埚中，放入马弗炉中在300～600℃下煅烧1～3个小时，将煅烧后的材料溶解，过滤后取滤液，将滤液在70～95℃下烘干后，研磨均匀即得到前驱体；

（2）活性物质的制备

将得到的前驱体与高锰酸钾、锰酸钾、二氧化锰中的一种按照质量比为1:(0.5～4)进行混合，并研磨均匀，即得到锂电池负极材料，该材料又称为活性物质。

本发明取得的有益效果是，用一种非常简单的方法制备出了一种价格低廉，只含有锰钾氧的且具有一定容量和循环稳定性的新型锂电池负极材料。实践证明，该材料在100毫安/克的电流密度下，首次放电容量达到143毫安时/克，且具有良好的循环稳定性。本发明工艺简单，价格低廉，作为一种新的锂电池负极材料，应用于某些特殊领域。

附图说明

图1为实施例1制备的含锰钾氧的锂电池负极材料组装的锂半电池在100毫安/克的电流密度下的首次充放电曲线。

图2为实施例1制备的含锰钾氧的锂电池负极材料组装的锂半电池在100毫安/克的电流密度下的放电比容量与循环次数的关系图。

图3为实施例1制备前驱体时，原料在煅烧前后的SEM图。

图4为实施例1制备前驱体时，原料在煅烧前后的EDS图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例1

（1）选取高锰酸钾10g置于瓷坩埚中，放入马弗炉内，在400℃下煅烧2h，之后，将煅烧后的产物溶解，过滤后取滤液，将滤液在90℃下烘干，研磨均匀即得到前驱体。

（2）将得到的前驱体与二氧化锰按照质量比为1:1进行混合，研磨均匀，即得到含锰钾氧的锂电池负极材料。

将所得的活性物质粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯，按照质量比为8:1:1称量，并在玛瑙研钵中研磨均匀，之后滴加适量的N-甲基吡咯烷酮调制成膏，用玻璃片均匀地压抹在铜箔上，放入真空干燥箱中，真空干燥。之后，以此电极为电池正极，锂片为负极，聚丙烯2400作为隔膜，电解液为溶在有机溶剂中的1摩尔每升的LiClO₄。在充满高纯氮气的手套箱（南京南大仪器厂ZKX型）中组装成半电池，在上海辰华的电化学工作站上进行电化学测试。

参见图1，实施例1制备的含锰钾氧的锂电池负极材料组装的锂半电池在100毫安/克的电流密度下的首次充放电曲线。该材料组装的电池在100毫安/克的电流密度下的首次放电比容量达到143毫安时/克。图2，实施例1制备的含锰钾氧的锂电池负极材料组装的锂半电池在100毫安/克的电流密度下的放电比容量循环圈数的关系图，可见，循环20圈后，电池放电容量维持在72毫安时/克。见图3，实施例1制备前驱体时，原料在煅烧前后的SEM图。a为原材料的照片，b为原材料煅烧后的照片。从照片可以看出，原材料的表面平整，而煅烧后表面不光滑，且成蜂窝状。说明煅烧后有新物质生成。参见图4，实施例1制备前驱体时，原料在煅烧前后的EDS图谱。a为原材料，b为煅烧后产物的。可见，煅烧前后物质所含元素的种类并未发生变化，但元素峰的强度发生了改变，说明产物的锰钾氧等各元素的含量发生了变化，说明煅烧后有新物质生成。

实施例2

（1）选取高锰酸钾8g置于瓷坩埚中，放入马弗炉内, 在500℃下煅烧1.5 h，将煅烧后的材料溶解, 过滤取滤液，将滤液在95℃下烘干，研磨均匀, 即得到前驱体.

（2）将所得的前驱体与高锰酸钾按照质量比为1:1进行混合,研磨均匀，即得到含锰钾氧的锂电池负极材料。

实施例3

（1）选取锰酸钾8g置于瓷坩埚中，放入马弗炉内，在300℃下煅烧3h，将煅烧后的材料溶解, 过滤取滤液，将滤液在85℃下烘干后，研磨均匀, 即得到前驱体

（2）将所得的前驱体与二氧化锰按照质量比为1:2进行混合,研磨均匀，即得到含锰钾氧的锂电池负极材料。

实施例4

（1）选取锰酸钾11g置于瓷坩埚中，放入马弗炉内在500℃下煅烧2h，将煅烧后的材料溶解, 过滤取滤液，将滤液在80℃下烘干后，研磨均匀, 即得到前驱体

（2）将所得的前驱体与锰酸钾按照质量比为1:3进行混合, 并研磨均匀，即得到含锰钾氧的锂电池负极材料。

实施例5

（1）选取高锰酸钾10g，置于瓷坩埚中，放入马弗炉内在600℃下煅烧1h，将煅烧后的材料溶解, 过滤取滤液，将滤液在75℃下烘干后，研磨均匀, 即得到前驱体

（2）将所得的前驱体与锰酸钾按照质量比为1:0.8进行混合, 并研磨均匀，即得到含锰钾氧的锂电池负极材料。

实施例6

（1）选取高锰酸钾11g置于瓷坩埚中，放入马弗炉内在400℃下煅烧3h，将煅烧后的材料溶解, 过滤取滤液，将滤液在90℃下烘干后，研磨均匀, 即得到前驱体。

（2）将所得的前驱体与锰酸钾按照质量比为1:3.5进行混合, 并研磨均匀，即得到含锰钾氧的锂电池负极材料。