[发明专利]锰钴氧化物自组装微米球及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域中锰钴氧化物自组装微米球及其制备方法与电化学应用。

背景技术

日益凸显的能源危机和环境问题加快了人们开发新型清洁储能装置和环保动力装置的步伐。锂离子电池由于具有能量密度高、安全性能好以及绿色环保等优点，已经广泛应用于便携式移动电源、电动汽车以及航空航天等领域。锰钴氧化物是锂离子电池中最有希望的负极材料之一，得到了广泛的关注和研究。然而，锰钴氧化物在充放电过程中会产生较大的体积变化，造成活性物质与集流体分离，从而致使其容量迅速衰减。为了解决这个问题，人们采取了许多有效地措施，如（1）将锰钴氧化物纳米化以减少其体积变化；（2）制备自组装球形结构以缓冲充放电过程中体积变化产生的较大应力。但是目前制备锰钴氧化物自组装球形结构多采用两步法，即先做出锰钴自组装球形前驱体然后进一步烧结，烧结过程可能不会保持前驱体的自组装球形结构且增加耗能，限制了其大规模应用。因此寻找一种简便的一步不用煅烧的方法制备自组装球形结构锰钴氧化物显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的锰钴氧化物自组装微米球及其制备方法。

本发明所提供的锰钴氧化物自组装微米球的化学组成为Mn_3-xCo_xO₄,x=1～2；所述锰钴氧化物自组装微米球直径分布为1～4μm，由纳米颗粒和纳米片自组装形成，其中CoMn₂O₄为核壳结构组装微米球。

本发明提供所述的锰钴氧化物组装微米球的制备方法，采用锰钴硝酸盐为原料，乙醇和水为溶剂，采用溶剂热法合成；

所述的锰硝酸盐选自硝酸锰或者硝酸锰水溶液；所述的钴硝酸盐选自硝酸钴或者硝酸钴水溶液；

所述的锰钴氧化物自组装微米球可按照包括下述步骤的方法制备：

（1）将锰钴硝酸盐或者锰钴硝酸盐水溶液溶于乙醇溶剂中，充分搅拌得到澄清溶液；所述的锰钴硝酸盐按照化学组成比例称量；

（2）将步骤（1）得到的澄清溶液装入水热釜，100℃～200℃温度下进行热处理，得到沉淀物；

（3）将步骤（2）得到的沉淀物，分别用去离子水和无水乙醇洗涤数次，经干燥后得到锰钴氧化物自组装微米球。

本发明提供所述的锰钴氧化物自组装微米球作为锂离子电池负极材料的应用。

附图说明

图1为实施例1中自组装MnCo₂O₄微米球的X－射线衍射图谱。

图2为实施例1中自组装MnCo₂O₄微米球整体形貌的扫描电镜照片。

图3为实施例1中自组装MnCo₂O₄微米球的局部形貌扫描电镜照片。

图4为实施例1中自组装MnCo₂O₄微米球作为负极在室温下电流密度分别为200、400和900mA/g时的首次充放电曲线。

图5为实施例1中自组装MnCo₂O₄微米球作为负极在室温下电流密度为400mA/g下的循环性能曲线。

图6为实施例2中自组装CoMn₂O₄微米球的X－射线衍射图谱。

图7为实施例2中自组装CoMn₂O₄微米球整体形貌的扫描电镜照片。

图8为实施例2中自组装CoMn₂O₄微米球的局部形貌的扫描电镜照片。

图9为实施例2中自组装CoMn₂O₄微米球的作为负极在室温下电流密度分别为200和400mA/g时的首次充放电曲线。

具体实施方式

测试仪器及条件：

X-射线粉末衍射仪（型号：Rigaku MinFlex II）,测试范围：10-70°。

场发射扫描电镜（型号：JEOL JSM-6700），加速电压：10KV。

透射电镜（型号：JEM-2010）,加速电压：20KV。

电池测试系统（型号：LAND CT2001A）。

本发明的主要实施过程是：

（1）以锰钴硝酸盐为起始原料，将其溶解于无水乙醇和水的混合溶剂中，形成紫色澄清溶液；