[发明专利]一种高振实密度MnO/C负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高振实密度MnO/C负极材料的制备方法，先利用共沉淀法制备前驱体微米球，再经过煅烧、聚合物包覆和高温碳化过程制得。本发明方法得到的MnO/C负极材料振实密度高达1.7g/cm³，首次可逆容量达到818mAh/g，100个循环以后，容量保持率高达99.3％，具有优异的循环稳定性。在2000mA/g的大电流下首次可逆容量为419mAh/g，循环1000次后，容量保持率达到73.7％，具有极佳的倍率性和循环稳定性。高振实密度的特点与优异的电化学性能相结合使该方法制备的MnO/C微米球在实际应用中有很大的价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，涉及一种高振实密度MnO/C负极材料的制备方法。

背景技术

近些年来，随着经济的发展和人们对石油、煤炭、天然气等资源的过度开采和利用，已经导致了不可再生资源的日渐枯竭和环境污染。能源和环境已经成为阻碍当今世界可持续发展的难题。因此，寻找替代传统化石燃料的绿色能源和谋求人与环境的和谐发展显得尤为迫切。由于锂离子电池具有体积小、比容量大、电压高、无记忆效应、绿色无污染等优点，所以被广泛应用于电动车和便携式电子产品等领域。随着科学技术的发展，人们对锂离子电池的体积能量密度要求越来越高，进而要求有更高的振实密度。就负极材料而言，石墨负极材料已广泛应用于商业化锂离子电池，但理论容量仅有372mAh/g，振实密度仅有1.0g/cm³，很难满足下一代锂离子电池高体积能量密度的特点。因此开发新型的高振实密度的负极材料非常迫切。

锰氧化物具有理论容量高、自然储量丰富、绿色环保等特点，其中MnO的理论容量为756mAh/g，远高于石墨的理论容量。但是MnO依然存在电子导电性差和Li⁺在嵌入脱出过程发生体积膨胀两个问题，这阻碍了其在锂离子电池中的实际应用。

专利公布号CN 106229499 A用水热的方法制备了MnO/Super P纳米负极材料，但Super P对MnO的导电性和体积变化改善并不理想，从而导致较差的循环稳定性和倍率性能。除此之外，由于纳米材料的尺寸较小，从而导致振实密度很小，达不到锂离子电池高体积能量密度的要求。专利公布号CN 105932245 A通过四步法制备了一种高压实密度硅碳负极材料，但是硅的体积膨胀问题没有得到有效解决，循环稳定性和倍率性较差，在实际应用中存在很大的安全隐患。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高振实密度MnO/C负极材料的制备方法，克服现有负极材料存在振实密度低、循环稳定性和倍率性差的缺点。

技术方案

一种高振实密度MnO/C负极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、前驱体制备：将锰盐与碳酸氢盐分别溶于去离子水形成锰盐溶液和碳酸氢盐溶液，然后向锰盐溶液中加入乙醇；所述锰盐溶液的浓度为0.014-0.042mol/L；所述碳酸氢盐的溶度为0.14-0.42mol/L；所述乙醇加入的量为全部溶剂体积的1/20；

将两种溶液进行混合反应1-10h，得到平均粒径1-2μm的MnCO₃前驱体微米球；

将制备的MnCO₃前驱体微米球在空气中煅烧，煅烧温度为350-550℃，升温速率为0.5-10℃/min，保温时间为2-10h，自然冷却，得到MnO₂微米球；

步骤2、聚合物包覆：将MnO₂微米球分散到去离子水，加入酸性溶液调节溶液的pH小于5，在此溶液中加入聚合物单体，冰水浴搅拌反应，得到聚合物包覆的MnO₂微米球；所述加入聚合物单体按照每100mgMnO2加入20微升聚合物单体；