[发明专利]一种碳包覆Na0.55Mn2O4·1.5H2O纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳包覆Na_0.55Mn₂O₄·1.5H₂O纳米复合材料及其制备方法。Na_0.55Mn₂O₄·1.5H₂O为由纳米棒组成的球形结构，并均匀的被包裹于无定型碳层中。制备：(1)在经酸处理表面改性后的二氧化锰纳米棒的醇溶液中加入正硅酸四乙酯(TEOS)水解得到二氧化硅包覆二氧化锰的核壳结构复合材料；对步骤(1)得到的样品进行碳包覆，得到碳化后的复合材料；将碳化后的复合材料粉末样缓慢加入过量的热的氢氧化钠溶液中，搅拌反应。本发明提供的碳包覆Na_0.55Mn₂O₄·1.5H₂O纳米复合材料具有高的比容量、优异的倍率性能和循环性能，在锂离子电池电极材料及其他电化学技术领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属锰基含氧盐材料制备领域，具体涉及一种碳包覆Na_0.55Mn₂O₄^.1.5H₂O纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

如今，作为新能源代表的锂离子二次电池已被广泛应用于移动通信、笔记本电脑、小型摄像机等便携式电子设备上。在电动汽车日益受到重视的今天，锂离子电池是其最为重要的供能材料之一；同时，在卫星、航天航空以及空间军事等领域也显示出了良好的应用前景和潜在的经济效益动力，这些应用使得锂离子二次电池已成为当今科学技术研究的热点之一。但是，受限于电极材料的发展，循环寿命短、快速充放电能力差以及成本较高等缺点阻碍了锂离子电池的发展，锂离子电池在能量密度和功率密度上仍还有很大的提升空间。

目前商品化石墨负极理论比容量（～372 mAh/g）低，寿命短，成为进一步提高锂离子电池能量密度的瓶颈，不能满足动力电池发展的需要，因此开发新型的具有高能量密度、功率密度的负极材料显得极为迫切。近几年，Mn系材料极大地激发了研究者们的兴趣，其中锰基含氧盐材料由于其特殊的隧道或层状结构，被认为是一种非常有潜力的锂电池正极材料，且在钠离子电池中有所应用，但在负极方面的应用至今报道甚少。

近几年，有关此类材料的制备仍有很多相关报道。如文献Journal of SolidState Chemistry, 1971, 3, 1-l1报道了一种合成Na_xMn0₂化合物的方法，并发表了其在氧气中的相图研究，表明该物质存在三种层状结构的物相。文献Journal of Solid StateChemistry, 2001, 156, 331-338中对碘还原法进行了较为详尽的研究，该方法采用NaMn0₄^.H₂0和NaI为原料，按比例称取一定量的反应物混合，在搅拌下滴加稀HCl调节pH值，搅拌24 h后，将所得产物过滤、洗涤以及干燥，后在300～900 ℃下煅烧24 h得到Na_xMn0₂。