[发明专利]柔性锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种柔性锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

21世纪以来，随着煤、石油、天然气等不可再生资源的日渐枯竭，以及其燃烧带来的环境污染，能源和环境两大问题已经成为阻碍当今世界可持续发展的瓶颈性难题。为了解决这一世界难题，寻求替代传统化石燃料的可再生绿色能源及谋求人与环境的和谐发展显得尤为迫切。新型能源的代表锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长且无记忆效应等优点而被广泛应用于便携式电子设备中。近年来，随着柔性/可折叠电子器件的发展，开发具有弯曲特性的柔性锂离子电池已成为目前储能领域研究的前沿方向之一。

在负极材料方面，目前商业化的锂离子电池负极材料石墨的理论容量(372mAhg^-1)偏低，限制了锂离子电池电化学性能的提高，因此设计和制备高性能锂离子电池负极材料是满足锂离子电池向电动设备发展的关键因素。过渡金属氧化物具有高容量的优点，其中锰氧化物(MnO_x)除具备高理论比容量的特点外，还具有天然储量丰富、价格低廉、绿色环保、充放电平台低、能源转化效率高等一系列优点。但是，MnO_x作为锂离子电池的电极材料，存在着容量利用率低、倍率性能差、循环稳定性差的问题，主要因为其导电性差以及锂离子嵌入和脱出过程中发生体积膨胀。可通过构建特定的形貌结构及制备复合材料来改善上述问题造成的容量衰减等。其中石墨烯因其优异的导电性、机械稳定性以及2630m²g^-1的比表面积而被广泛用于制备过渡金属氧化物/石墨烯复合材料，用来改善锂离子电池负极的性能。

文献“LiL,GuoZ,DuA,etal.Rapidmicrowave-assistedsynthesisofMn₃O₄–graphenenanocompositeanditslithiumstorageproperties[J].JournalofMaterialsChemistry,2012,22(8):3600-3605.”公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法。该方法采用微波水热法成功合成了Mn₃O₄与石墨烯的纳米复合材料并成功应用于锂离子电池负极材料，但其合成的产物形态为纳米粉末，在电极的组装过程中使用了导电添加剂和粘结剂，且制备的电极材料不具备柔性可弯折的特性。

发明内容

为了克服现有锂离子电池负极材料的制备方法制备的锂离子电池负极材料柔性差的不足，本发明提供一种柔性锂离子电池负极材料的制备方法。该方法以长度为100μm左右的超长MnO₂纳米线为基体，添加氧化石墨烯溶液，利用二次水热制备具有柔性自支撑的Mn₃O₄/rGO电极材料，所制备的电极材料可以直接用于锂离子电池的负极材料，无需额外使用导电添加剂和粘结剂。其中，还原氧化石墨烯所占的比例为20％-60％。由于利用的基体为超长的二氧化锰纳米线，故制备的锂离子电池负极材料具有自支撑性，提高了锂离子电池负极材料的柔性特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种柔性锂离子电池负极材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将配制好的锰盐、氧化剂和酸的混合溶液移入水热反应釜中，在110～260℃温度下，水热反应12-96h，将水热得到的二氧化锰纳米线利用超纯水和无水乙醇反复冲洗3次以上，然后在60～150℃的温度下进行鼓风干燥或真空干燥4h以上；

步骤二、将步骤一制备得到的二氧化锰纳米线分散到去离子水中，加入氧化石墨烯溶液，超声分散0.25～8h，得到混合均匀的MnO₂/GO悬浊液；

步骤三、将步骤二制备得到的MnO₂/GO混合悬浊液移入水热反应釜中，在100～220℃温度下，水热反应8-48h，得到Mn₃O₄/rGO；

步骤四、将步骤三制备得到的Mn₃O₄/rGO分散于去离子水和无水乙醇中，利用真空抽滤获得柔性Mn₃O₄/rGO薄膜，然后置于60～90℃的真空干燥箱内干燥；

步骤五、将步骤四制备得到的柔性Mn₃O₄/rGO薄膜直接作为锂离子电池的负极材料组装锂离子电池。