[发明专利]一种无定型锰氧化物包覆铁氧化物锂/钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无定型锰氧化物复合铁氧化物锂/钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：将高锰酸钾与酸的混合液加热到20—200°C，然后向其中逐滴加入均匀分散在去离子水中的铁氧化物溶液，并在20—200°C保温1—48h，水洗离心后得到壳核结构的无定型锰氧化物包覆铁氧化物复合材料。本发明所制备的壳核结构的无定型锰氧化物复合铁氧化物锂/钠离子电池负极材料电导率好，结构稳定，比容量高，循环性能优良；另外，本发明原料丰富，成本经济，制备方法简单可控，可实现大规模生产。

技术领域

本发明属于能源材料领域，具体涉及一种新型锂离子或钠离子电池电极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源与环境问题日益突出。开发新型绿色能源材料成为极其迫切的任务，尤其是在锂离子/钠离子电池电极材料方面。传统的负极材料是石墨等碳材料，由于其比容量较小（372mAh g^-1），已经难以满足当前的需求。近年来，过渡金属氧化物因为其理论比容量高（~500-1000mAh g^-1）、能量密度大、原料丰富、成本较低和环境友好等特点，受到越来越多的关注，特别是铁氧化物。目前作为负极材料的铁氧化物主要是Fe₂O₃和Fe₃O₄，理论比容量分别为1007mAh g^-1和928mAh g^-1。虽然铁氧化物作为电极材料有着诸多优点，但是铁氧化物的电导率较低，在充放电过程中有较大的体积膨胀，出现结构的改变，固体电解质界面（SEI）膜不能稳定存在，从而造成容量衰减、循环稳定性下降。目前，业界普遍认为对铁氧化物纳米结构材料进行表面修饰是解决结构稳定性这一问题的有效方法，如碳包覆铁氧化物锂离子电池负极材料（典型的国内专利：申请号201410389784.1；典型文献：Adv.Funct.Mater.2008,18,3941；Adv.Energy Mater.2015,5,1401123）。碳包覆层提高了电极材料的电子导电率，同时也稳定了SEI膜，改善了电极材料的循环性能。但这种材料的制备所需温度较高（一般300-800°C），难以实现大规模生产运用。另外，碳没有储锂活性，比容量低。锰氧化物作为电极材料也具有较高的理论比容量和较低的工作电压。有文献（J.Mater.Chem.A,2015,3,22066）报道将MnO₂复合在Fe₂O₃表面后作为电容器正极材料，MnO₂不仅可以有效对抗体积变化，而且能提高材料的导电性。但该材料中MnO₂是有晶型的，因此存在一定的结晶水，而水分子的存在对锂/钠离子电池有一定的危害作用。

发明内容

本发明的目的是，基于现有技术存在的问题，提供了一种经济有效的无定型锰氧化物包覆铁氧化物锂/钠离子电池电极材料及其制备方法。

无定型锰氧化物包覆铁氧化物锂/钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铁氧化物分散在去离子水中，超声均匀，得到溶液A；所述铁氧化物浓度为0.001-5M；将一定量高锰酸钾溶解于去离子水中得到高锰酸钾溶液，并加入一定量的酸，得到溶液B；所述的高锰酸钾溶液浓度为0.001-5M，高锰酸钾与H⁺摩尔比为0.01-10：1，高锰酸钾溶液与酸的体积比为1-100：1；将溶液B加热至20-200°C后，逐滴向溶液B中加入溶液A；然后在磁力搅拌下将混合溶液在20-200°C保温1-48h；

（2）待自然冷却后，将步骤（1）中得到的产物用去离子水和乙醇清洗离心数次，然后烘干得到棕色粉末，即壳核结构的无定型锰氧化物包覆铁氧化物复合材料。

作为优选，步骤（1）中用到的反应容器为密封性良好的反应容器。

作为优选，所述锰氧化物为锰和氧的非晶态化合物。

根据上述方法制备得到无定型锰氧化物包覆铁氧化物锂/钠离子电池负极材料。