[发明专利]一种天然石墨与MnO复合高性能电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及一种天然石墨与MnO复合高性能电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有电压高、体积比容量和质量比容量高、绿色环保等特点，对能源的可持续发展具有重要意义，是一种新型的高能量密度二次电池，在混合动力汽车及智能电网方面有广泛的应用。但随着电动汽车和其他电子设备的快速发展，对高性能的锂离子电池需求更为迫切。由于安全和循环稳定性的问题，锂离子电池中负极材料的发展经历了一个较长的发展时期。当前，商品化的锂离子电池负极材料以天然石墨基材料和人造石墨基材料为主。然而由于天然石墨的分子层间距较近，层间以弱的范德华力结合，当锂离子脱嵌时，天然石墨层结构逐渐剥离形成新的表面，并产生新的SEI膜，大量消耗了锂离子，增加了不可逆容量，也促使天然石墨层粉化加快，电池寿命大大缩短。

如果利用插层的方式，在天然石墨的层间和外层构建出新的插层相，层间相支撑天然石墨间层而不坍塌，形成支架结构，扩大了天然石墨的层间距，有利于锂离子的快速脱嵌，而不影响天然石墨的结构，将十分有利于提升天然石墨复合电极材料的循环性能；天然石墨外层相辅助提升容量。结合二者将可以获得容量高、循环性能好的天然石墨复合电极材料。

对于插层相的要求是能够有效和天然石墨反应以便插入层间和在外层沉积，材料本身也具有较高的循环稳定性和比容量。在众多的负极氧化物材料中，MnO的电压滞后较小、嵌锂容量高、电位低、极化较小，是非常有潜力的锂离子电池负极材料。但是其电导率低，制备工艺要求高（煅烧需要氢氩混合气体，危险性高）的缺点，也需要更进一步的改进合成方法。因此，采用一定的合成方式，将天然石墨与MnO结合起来，博采二者之长，将可以获得高性能的石墨基复合负极材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的方法制备的石墨负极材料中普遍存在的振实密度低、结构稳定性差等缺陷，提供了一种新的锂离子电池负极材料及其制备方法，所得负极材料具有振实密度高、充放电效率高、充放电反应可逆性好、结构稳定、循环性能优异、产品性价比高、制备工艺条件简单等诸多优点。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种天然石墨与MnO复合负极材料，由下述方法制得。所述制备方法，包括以下步骤：

（1）将天然鳞片石墨进行球化处理至平均粒径D₅₀ = 17μm；

（2）将步骤（1）中的处理天然鳞片石墨加入KMnO₄（分析纯）的水溶液中，搅拌成均匀的分散液。

所述的天然鳞片石墨与KMnO₄的质量百分比（70%~95%）：（5%~30%）；

所述的KMnO₄水溶液的浓度为5g/L。

（3）将步骤（2）中的分散液加入到不锈钢反应釜中密闭，加热至160℃，保温10小时，冷却到室温后，抽滤，用去离子水洗至无色。

（4）将步骤（3）所得产物真空50℃干燥5小时（真空度-0.1MPa），然后在氩气气氛下500~700℃热处理10小时，得到天然石墨与MnO复合材料。

（5）将步骤（4）得到的复合材料，在球磨机中球磨处理4小时，球磨机的频率为45Hz，过200目筛后，即得到天然石墨与MnO复合高性能电极材料。

 

与现有技术相比，本发明方法的优点与有益效果在于：