[发明专利]高性能锂离子电池用分等级Mn3O4中空微球材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能锂离子电池用分等级Mn₃O₄中空微球材料的制备方法，先将0.2‑10 g的锰盐和0.2‑5 g的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）加入反应器，再加入20‑100 mL乙醇，用磁力搅拌器剧烈搅拌5‑20分钟，使之均匀溶解后，将所得溶液加入聚四氟乙烯内衬中，装入反应釜，放入烘箱140‑210°C反应1‑2天，自然冷却后，离心洗涤样品，然后再放入烘箱中，在空气中以70°C的温度烘干，即得所述的粉末状产物——分等级Mn₃O₄中空微球材料。该工艺操作简单，能耗低，重现性好，可大量生产，符合环境要求。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，更具体涉及一种高性能分等级Mn₃O₄中空微球的制备方法和应用。

背景技术

传统化石能源的广泛使用，导致了严重的环境问题。锂离子电池作为一种清洁能源受到研究者们的广泛关注。随着技术的发展，市场对锂离子电池的性能提出更高的要求。电池的性能主要由电极材料的性能决定。因此，比容量高、稳定性好、倍率性能好的锂离子电池电极材料仍然是大家关注的焦点。目前工业上的锂离子电池负极材料主要有石墨、中间相碳微球和钛酸锂等。但是它们 的比容量较低、倍率性能较差。现在，碳基负极材料、合金类材料与过渡金属氧化物材料是研究最广泛的几种负极材料。过渡金属氧化物具有很高的理论容量，但是普遍导电性差，而且充放电过程中体积容易膨胀，导致循环性能差。提高过渡金属氧化物负极材料性能的方法主要是利用碳包覆和合成空心球或者分等级结构等，通过特殊结构抑制电极材料在充放电过程中的体积膨胀，提高了材料的比容量和循环稳定性。

四氧化三锰具有畸变的尖晶石结构，因为特殊结构热稳定性高，并且锰元素处于中间价态，化学活泼性较高。四氧化三锰是一种典型的过渡金属氧化物，理论容量高达936mAh/g，但在充放电过程中，随着锂离子的脱嵌，四氧化三锰的体积会发生膨胀，这样就会破坏四氧化三锰的晶体结构，导致循环寿命缩短。为了提高四氧化三锰的充放电比容量和循环性能，需要对四氧化三锰进行改性。本发明通过乙醇热法进行制备分等级中空微球结构的四氧化三锰，其性能得到很大提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能分等级Mn₃O₄中空微球材料及其制备方法和应用，工艺简单，重现性好，可大量生产，成本低廉，能耗低，符合环境要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明采用乙醇热法，在较低温度下合成出纯相分等级Mn₃O₄中空微球材料。其具体如下：

本发明所述的一种高性能锂离子电池用分等级Mn₃O₄中空微球材料的制备方法，包括如下步骤：

1）先将0.2-10 g的锰盐和0.2-5 g的十六烷基三甲基溴化铵加入反应器，再加入20-100 mL乙醇，剧烈搅拌5-20分钟，使之均匀溶解成溶液；

2）将步骤1）所得溶液加入聚四氟乙烯内衬中，装入反应釜，放入烘箱140-210 °C反应1-2天，自然冷却后，离心洗涤样品，然后再放入烘箱中，在空气中以70 °C的温度烘干，即得分等级Mn₃O₄中空微球材料。

所述锰盐为醋酸锰、硝酸锰、碳酸锰或氯化锰。

所述乙醇体积百分浓度为95%。

本发明上述的制备方法制得的高性能锂离子电池用分等级Mn₃O₄中空微球材料。