[发明专利]一种碳包覆氧化锰负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆氧化锰负极材料，所述碳包覆氧化锰负极材料的原料包括锰源、有机配体和溶剂；其中，所述有机配体为含羧酸或者含氮及羧酸的有机小分子化合物。本发明还公开了所述碳包覆氧化锰负极材料的制备方法。本发明碳包覆效率高，能够有效抑制锰在电解液中的溶出，循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种碳包覆氧化锰负极材料及其制备方法。

背景技术

1991年日本索尼公司首次向市场推出第一个商业化的锂离子电池，相对于传统电池来说，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点，在人们的日常生活中占据越来越重要的位置。特别是进入21世纪以后，随着人们对环境的保护的要求越来越高，大力发展新能源产业受到了世界各国的追捧。随着便携电子终端、电动汽车及储能行业的迅猛发展，人们对锂离子电池的性能提出了更高的要求。材料作为电池体系中的四大成员之一，对锂离子电池的性能起着至关重要的作用。随着需求不同，电池正极材料的更新换代十分频繁，从起始的钴酸锂、镍钴锰三元到磷酸铁锂、锰酸锂，材料的各项性能指标越来越好。然而，商业用的锂离子电池负极材料则一直以碳材料为主。碳材料普遍存在的首效低、比容量低、电解液成分共嵌等许多的不足开始制约着整个锂离子电池的发展。在提高碳材料性能的同时，研究人员也开始开发新的、可以用作锂离子电池负极的、性能更加优越的材料。

近年来，由于氧化锰材料作为锂离子电池负极材料具有高理论容量、宽电势窗口、价格低廉及良好的安全性等优点，成为研究热点。但也存在首次不可逆容量高、循环稳定性和倍率性能较差的问题。目前针对氧化锰材料的改性的方法主要有形貌及碳包覆。

文献(K.Zhong,X.Xia,B.Zhang,et al.MnO Powder as Anode Active Materialsfor Lithium Ion Batteries.Journal of Power Sporces.2010,195:3300-3308)公开了将商用MnO与蔗糖机械混合后，通过高温烧结得到碳包覆的MnO/C复合材料。该材料的充放电容量可达650mAh/g，包覆后MnO的循环性能得到明显改善。但首次充放电效率低于65％，且电池极化大，材料性能仍需改善。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种碳包覆氧化锰负极材料及其制备方法，以弥补现有的碳包覆氧化锰负极材料电性能较差的缺陷。

本发明提出的一种碳包覆氧化锰负极材料，所述碳包覆氧化锰负极材料的原料包括锰源、有机配体和溶剂；其中，所述有机配体为含羧酸或者含氮及羧酸的有机小分子化合物。

优选地，所述锰源选自硝酸锰、氯化锰、溴化锰、碘化锰、醋酸锰、碳酸锰、硫酸锰、硫化锰、磷酸锰、硅酸锰中的至少一种。

优选地，所述有机配体选自3,5-吡啶二甲酸、3-吡啶甲酸、4-吡啶甲酸、4,4-联吡啶二甲酸、1,3-苯二甲酸、均苯三甲酸、1,4-苯二甲酸、1,4-联苯二甲酸、1,3,5-均苯三甲酸、1,2,4,5-苯四甲酸中的至少一种。

优选地，所述溶剂选自去离子水、二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、甲醇、乙醇、二甲基亚砜、丙酮中的至少一种。

优选地，所述锰源、有机配体的摩尔比为1：0.5-1。

优选地，所述锰源与溶剂的摩尔体积(mmol/ml)比为1：25-70。

本发明还提供一种所述碳包覆氧化锰负极材料的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：

S1、将锰源、有机配体和溶剂置于聚四氟乙烯反应釜中混合后充分搅拌，接着置于鼓风干燥箱中加热，冷却，过滤，洗涤滤渣，干燥滤渣，得到锰的聚合物；

S2、将锰的聚合物置于高温炉中煅烧后降温或冷却至室温，得到碳包覆氧化锰负极材料。

优选地，S1中，搅拌的时间为1-2h。