[发明专利]一种高性能锂离子电池负极材料Mn2OBO3的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能锂离子电池负极材料Mn₂OBO₃的制备方法，属于电化学和新能源材料技术领域。

背景技术

锂离子二次电池因具有循环使用寿命长、安全性高、无记忆效应、体积小、比能量高等优点而广泛应用于手机、笔记本电脑等数码产品中。但是锂离子电池还不能满足在电动汽车领域的应用，主要的制约因素就是比容量、循环稳定、安全性等。提高锂离子电池性能的关键在于提高电极材料的性能。目前为止，实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，但是碳材料比容量低不能够满足人们日益增长的需求，因此除碳材料之外的其他负极材料引起了人们的广泛关注。其中硼酸盐材料因其具有比商业化石墨材料更高的理论容量且资源丰富环境友好等优点而成为锂离子电池负极材料领域的焦点。

2001年，Nazar课题组首次报道了FeBO₃的电化学性能。目前已报道硼酸盐负极材料主要有Fe₃BO₆(Journal of power sources,2001,97,254-257；RSC Advance,2014,4,8245–8249)、Cr₃BO₆(Journal of Materials Chemistry,2001,11,3228-3233)、VBO₃(Journal of power sources,2003,119,621-625)以及M₃B₂O₆(M＝Co,Ni,Cu)(Chemistry of Materials,2003,15,3683-3691)。虽然上述几种材料均有比较高的初始容量但是在循环一定的圈数后容量衰减严重，循环稳定性差。另外，目前所报道的硼酸盐负极材料基本上都是通过高温固相法合成的，反应时间长、能耗大且产物大多为没有形貌的颗粒状。因此，探索除固相法之外的更简便的合成方法和合成稳定性好的硼酸盐负极材料是一项新的挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高性能锂离子电池负极材料Mn₂OBO₃的制备方法，本发明的制备方法简便且易于工业化，提高了锂离子电池性能。

本发明的技术方案如下：

一种高性能锂离子电池负极材料Mn₂OBO₃的制备方法，包括如下步骤：

(1)以水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、四甘醇或正戊醇中其中一种或任意两种以上组合为溶剂，将硼源加入溶剂中，硼源的加入量与溶剂的摩尔体积比为：(0.5～2.5)：(0.5～2.5)，单位：mol/L，然后按硼源：锰源的摩尔比为(1～4)：1的比例加入锰源，搅拌0.5～3小时，转移至聚四氟乙烯反应釜中，用不锈钢釜壳密封后放入烘箱中，在200～220℃条件下加热20～24小时，冷却至室温后进行抽滤或离心洗涤，于60～80℃烘干4～6小时，得到前驱体；

(2)将步骤(1)所得前驱体，在空气气氛中，600-750℃煅烧5-12小时，得到Mn₂OBO₃纳米材料。

本发明优选的，使用不同溶剂可以得到不同形貌的Mn₂OBO₃纳米材料，使用去离子水得到Mn₂OBO₃纳米棒，使用乙醇得到Mn₂OBO₃纳米棒束。

本发明优选的，当溶剂为去离子水时，去离子水的加入量为40～80mL，制得Mn₃B₇O₁₃OH纳米棒前驱体，Mn₃B₇O₁₃OH纳米棒前驱体长10-20微米，平均直径200纳米，在空气气氛中，600-750℃煅烧5-12小时后制得Mn₂OBO₃纳米棒，所得Mn₂OBO₃纳米棒直径不变，长度为150-1000纳米。