[发明专利]一种锂离子电池负极材料锰酸锌纳米棒及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池负极材料锰酸锌纳米棒及其制备方法，该方法包括如下步骤：将MnOOH粉末在管式炉中煅烧90～120分钟，获得β‑MnO₂纳米棒；将2‑甲基咪唑溶于甲醇溶液中获得2‑甲基咪唑甲醇溶液，将六水合硝酸锌溶于甲醇溶液中获得六水合硝酸锌甲醇溶液，然后将2‑甲基咪唑甲醇溶液缓慢加入六水合硝酸锌甲醇溶液中，获得混合溶液，然后将制备好的所述β‑MnO₂纳米棒分散至混合溶液中，磁力搅拌30分钟形成悬浊液；将得到的悬浊液转移到反应釜中进行水热反应12～15小时，将水热反应后得到的沉淀物抽滤、清洗、干燥后得到β‑MnO₂/ZIF‑8复合物；将得到的β‑MnO₂/ZIF‑8复合物煅烧2～3小时，获得锰酸锌纳米棒。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料锰酸锌纳米棒及其制备方法。

背景技术

21世纪以来，不可再生能源的过渡开采与生态环境之间的矛盾日益加剧，全球能源危机和环境污染等一系列问题日益威胁着人类的生存和发展。为了实现能源的可持续发展，世界各国对清洁环保可再生能源的开发利用投入了巨大的科技力量和充足的资金，风能和太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色能源，它们将成为世界的主流能源。然而，由于风能和太阳能的来源分散且不稳定，高效、绿色、实用的储能器件因此倍受到世界各国的高度关注。此外，随着微电子信息技术的飞速发展，电动汽车产业市场的需求增大，高性能大容量的二次储能锂离子电池的开发也迫在眉睫。

负极材料作为锂离子电池的重要组成之一，对其综合性能具有决定性作用，探索并发展电化学性能优异的新型电极材料及其制备方法是锂离子电池未来发展的重要方向之一。目前商业化的石墨材料(理论容量为372mAh/g)远远不能满足人类进一步的发展需求，因此，开发高容量、长寿命及低成本的锂离子电池负极材料迫在眉睫。

过渡金属氧化物锰酸锌(ZnMn₂O₄)因其具有较高理论比容量(784mAh/g)、低成本和环境友好等优点，越来越受到关注。但是同其他负极氧化物材料一样，ZnMn₂O₄也存在导电性差、体积膨胀效应、首次循环库伦效率低且循环稳定性差的缺点，限制了它作为负极活性材料在锂离子电池中的应用。通过合理的设计材料的结构和表面形态，可以有效的改善这些问题。一维的纳米材料和多孔结构将增大活性材料与电解液的有效接触面积、提供更多的活性位点，并在一定程度上缓冲循环充放电过程中的体积形变，从而获得优异的电化学性能。

英文文献《Porous ZnMn₂O₄ nanowires as an advanced anode material forlithium ion battery》公开了一种一维多孔ZnMn₂O₄纳米线的制备方法，首先通过水热反应生成前驱体，然后通过煅烧获得多孔ZnMn₂O₄纳米线，其中多孔结构是由很多微小的颗粒组装获得。这种一维多孔结构材料在500mA/g的电流密度下，循环100次之后，可逆容量保持在869.5mAh/g。这种一维多孔材料不仅可以增大电极和电解液的接触面积，还可以有效地缓冲Li⁺嵌入/脱出造成的压力。但是这种材料并没有改善ZnMn₂O₄首次库伦效率低的问题。