[发明专利]锂离子电池负极材料锰酸锌的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料锰酸锌的制备方法。所述方法采用草酸作为沉淀剂，利用共沉淀法制备出锰酸锌。具体是将锰盐、锌盐的水溶液缓慢滴入到草酸的乙醇溶液中，经离心并水洗、醇洗、真空干燥得到前驱体，前驱体经高温煅烧，得到锰酸锌。本发明方法工艺简单，成本低，产量大，易于控制，周期短，便于工业化生产。本发明制备的锰酸锌呈介孔结构，具有优异的比容量、循环性能、倍率性能以及安全性能，作为锂离子电池负极材料具有极其广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子负极材料锰酸锌的制备方法，具体地说是采用共沉淀法合成锂离子负极材料锰酸锌的方法，属于无机纳米材料和化学电源技术领域。

背景技术

锂离子电池由于其比容量高、循环寿命长、安全性能好、环境友好等优点而被广泛应用于电子产品，交通工具，军用装备等领域。为了追求锂离子电池更高的比容量、更长的循环寿命、更好的安全性能，需要开发性能更好的电极材料。现今，工业化生产的锂离子电池的负极材料多为各种碳材料，然而碳材料作为负极的理论比容量只有372m Ah·g^-1，难以应对人们对更高容量的追求。在寻找高比容量材料的过程中，过渡金属氧化物成为研究热点。

ZnMn₂O₄作为一种锰基复合金属氧化物，具有锰类金属氧化物固有优点的同时，又由于加入了Zn，导致彼此间电极电势不同，在充放电循环过程中，能够相互协同互为缓冲组分，进而有效改善原有的循环性能。ZnMn₂O₄具有原料来源广、制备成本低、安全无毒、可逆理论比容量高等优点。其理论可逆容量高达784mAh/g，是常用的碳材料负极的两倍多。当然，ZnMn₂O₄也存在着一些缺点。如在充放电过程中，材料体积变化大，结构可能塌陷，而且材料容易发生粉化而从集流体上脱落，这些都会导致循环性能变差。

介孔结构具有高的应变驰豫，保证材料结构的稳定性，使结构不易塌陷，材料不易粉化。同时介孔结构能够缓解在充放电过程中材料的体积变化，大大缩短锂离子嵌入脱出的距离，改善材料的循环性能。Xiao等人选用硝酸锰、硝酸锌分别作为锰源和锌源，利用水热法在160℃条件下反应48h制备出纯相ZnMn₂O₄，制备周期长，但电化学性能表现不佳，初始容量仅为763mAh/g(Xiao L,et al.Low temperature synthesis of flower-like ZnMn₂O₄superstructures with enhanced electrochemical lithium storage[J].Journal ofPower Sources,2009)。Yang等人采用静电纺丝法，利用电喷技术在12kV高电压下将锰酸锌的前驱体喷射至Al箔表面，将纤维状前驱体经过高温焙烧后得到ZnMn₂O₄，电化学行为测试显示，具有良好的电化学稳定性，但是制备工艺较复杂，对设备要求较高(Yang G,etal.Facile synthesis of interwoven ZnMn₂O₄ nanofibers by electrospinning andtheir performance in Li-ion batteries[J].Materials Letters,2014)。目前采用共沉淀法制备ZnMn₂O₄粉体作为电极材料的还未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，产量大，合成周期短，便于工业化生产的高比容量锂离子电池负极材料锰酸锌的制备方法。

本发明的技术方案是：

锂离子电池负极材料锰酸锌的制备方法，采用草酸作为沉淀剂，利用共沉淀法制备介孔锰酸锌负极材料，具体步骤如下：