[发明专利]一种锂离子电池用碳包覆 MnO 同轴纳米线负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，特别是涉及一种锂离子电池用碳包覆MnO同轴纳米线负极材料的制备方法。 

背景技术

随着能源危机的显现，锂离子电池因为具有能量密度高、电压平稳、循环寿命长和自放电率小等优点日益受到人们的重视。随着锂离子电池在电动汽车和小型化电子设备领域的发展，人们对目前商业化的锂离子电池提出更高的要求，希望能进一步提高其能量密度和安全性能。锂离子电池正负极材料是决定其性能的核心因素，目前商业化的负极材料主要是石墨材料，它的理论比容量只有372mAh/g。因此，开发一种比容量高，循环性能好，倍率性能优异的锂离子电池负极材料，对于提高锂离子电池的性能具有重要意义。 

一氧化锰（MnO）作为锂离子电池负极材料具有理论比容量高，脱嵌锂电位低，环境友好等优点，有望成为新一代商业化锂离子电池负极材料。但是MnO材料本身的电导率低，循环性能和倍率性能不理想，通常采用碳包覆或者与活性炭材料组合成复合材料来提高其能量密度和功率密度。据已有报道，大多数的碳包覆MnO纳米材料是将活性物质（比如MnO等）与碳源（比如蔗糖，葡萄糖等）球磨机械混合后高温裂解，或者水热碳化处理得到碳包覆MnO复合材料，参见J.Power Sourecs195.2010.3300;Chem.Commun.48.2012.8502.；但是，这些方法很难获得均匀的碳包覆层，并且方法复杂，不适合工业化生产。因此，用简便易得的方法合成厚度均匀的碳包覆层，对于MnO负极材料的商业化应用具有重要意义。 

化学气相沉积法（CVD）是制备纳米材料的一种常用方法，具有产量高，操作简单等优点，该方法主要是将活性物质放在反应室内，在惰性气氛下，通入有机气体如乙炔、乙烯、苯甲烷、甲烷、丙烯，在高温加热条件下，有机气体可以将高价氧化物还原，并在低价氧化物表面沉积一层均匀的碳纳米层，得到最终产物。目前还没有利用化学气相沉积法合成碳包覆氧化锰同轴纳米线的报道。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池用碳包覆MnO同轴纳米线负极材料的制备方法。 

术语说明： 

碳包覆MnO同轴纳米线：是指以MnO纳米线为核，碳层包覆在MnO外层，碳层与MnO组成的核壳结构。 

本发明的技术方案如下： 

一种锂离子电池用碳包覆MnO同轴纳米线负极材料的制备方法，包括以下步骤： 

（1）羟基氧化锰（MnOOH）纳米线的制备： 

将1~3mL聚乙二醇和0.1~0.2g高锰酸钾，加入到30~50mL纯净水中，放入体积为60~100ml的反应釜中，将反应釜放入烘箱中，在160~180℃条件下加热5~15小时后自然冷却到室温，离心处理后60~80℃条件下烘干，即得到羟基氧化锰纳米线； 

（2）多孔的三氧化二锰纳米线的制备： 

将步骤（1）得到的羟基氧化锰纳米线放入管式炉中，在空气氛围中，以每分钟1~5℃升温速率升到550~650℃，保持3~10h，自然冷却到室温，得到多孔的三氧化二锰纳米线； 

（3）锂离子电池用碳包覆MnO同轴纳米线负极材料的制备： 

将步骤（2）得到的多孔的三氧化二锰纳米线放入到管式炉中，以每分钟40~80mL的速率通入惰性气氛30~60分钟，将管式炉中的空气排干净，然后以5~10℃/min的升温速率，加热到500~600℃，保持30~60分钟；在500~600℃下通入乙炔与氩气或氮气的混合气体，乙炔与氩气氮气的体积比控制在1:5~10，通气时间控制在40~80分钟，自然冷却到室温，即得到锂离子电池用碳包覆MnO同轴纳米线负极材料。 

根据本发明优选的，步骤（1）中所述的聚乙二醇选自聚乙二醇200、聚乙二醇400或聚乙二醇600。 

根据本发明优选的，所述步骤（1）中反应釜体积为60mL，烘干温度为80℃。 

根据本发明优选的，所述步骤（2）中温度升到550~600℃特别优选600℃，保持3~6h特别优选6h。 

根据本发明优选的，步骤（3）中所述惰性气氛为高纯氮气、高纯氩气之一或混合气体，所述高纯氮气、高纯氩气的纯度均为99.99％。 

根据本发明优选的，所述步骤（3）中管式炉中空气排净后加热到500~550℃，特别优选550℃，保持60分钟。 

根据本发明优选的，步骤（3）通入的混合气体中，乙炔：氩气或氮气的体积比=1:6~10，特别优选体积比为1:9；通气时间为40~60分钟，特别优选通气时间为40分钟。