[发明专利]一种锂离子电池管状草酸锰负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池管状草酸锰负极材料及其制备方法，采用微通道反应器强化生成MnC₂O₄·2H₂O的沉淀反应过程，并利用颗粒‑流体作用力形成管状结构，MnC₂O₄·2H₂O脱水后形成纳米MnC₂O₄颗粒，不仅保留管状结构，而且在纳米MnC₂O₄颗粒之间留有大量的相互连通孔道，使一次纳米级MnC₂O₄颗粒可以在纳米尺度上实现Li⁺的高效传输。本发明使用该方法制备的复合材料，具有较高的比容量和电化学循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的合成方法，尤其是一种管状草酸锰负极材料的制备方法。

背景技术

便携式电子产品、电动汽车和储能领域的发展对电池能量和功率的要求越来越高。然而，比容量低(理论容量372mA·g^-1,相当于LiC₆)和Li⁺嵌入动力学差等限制了石墨负极材料在新一代高能量、高功率锂离子电池中的实际应用。为此，对Tio₂、Li₄Ti₅O₁₂、Si、Sn合金、过渡金属氧化物、氟化物或硫化物等替代石墨的负极材料作了广泛的研究。但这些材料在性能、成本和安全方面还不能满足高能量、高功率离子电池的所有要求。因此，开发性能优良、廉价安全的新型负极材料一直是一个亟待解决的重要课题。

过渡金属草酸盐是一类基于转换反应储锂和电容储锂的负极材料，具有可逆容量高、成本低和环境友好等优点，引起了越来越多的兴趣。如草酸铁和草酸钴的可逆容量高达700和900mAh·g^-1，是石墨负极的2-3倍。与石墨相比，过渡金属草酸盐的主要缺点是导电性差，以致倍率性能差。这其实是实际应用必须要解决的问题。

解决此问题的途径之一是合成纳米尺度过渡金属草酸盐，缩短离子和电子的传输路径，提高活性材料的利用率和倍率性能。同时，纳米级过渡金属草酸盐嵌入锂后生成过渡金属颗粒的粒径更小，催化活性更高，能更有效减小转换反应过程中的不可逆容量损失。为了提高草酸盐负极材料的性能，人们研究了纳米草酸盐负极材料合成方法，如公开文献报道了一些相关的文献，经检索部分摘录如下：

(1)申请(专利)号CN201210089166，名称一种锂离子电池负极材料棒状含水草酸铜及其制备方法，申请(专利权)人，山东大学，地址，山东省济南市历城区山大南路27号，主要公开了一种新型用于锂离子电池负极的棒状含水草酸铜及其制备方法，所述棒状含水草酸铜是将原料氯化铜和草酸按一定的比例溶于乙二醇和水的混合溶剂中，进行低温反应储锂，然后离心，收集沉淀获得。合成的棒状含水草酸铜作为锂离子电池负极材料展现了良好的电化学性能，对发展新型锂离子电池材料具有指导作用，且具有操作简便，易于大规模生产和推广的效果。

(2)申请(专利)号CN201210123057，名称一种锂离子电池负极材料棒状含水二元草酸盐及其应用，申请(专利权)人，山东大学，地址，山东省济南市历城区山大南路27号，公开了一种用于锂离子电池负极材料棒状含水二元草酸盐及其制备与应用，所述棒状含水二元草酸盐是将摩尔比为2:1的两种过渡金属盐溶于乙醇和水的混合溶剂，然后按比例加入草酸，进行低温反应，之后离心，收集沉淀，真空干燥获得。合成的棒状含水二元草酸盐作为锂离子电池负极材料展现了较高的放电容量和良好的循环性能，对发展新型高能量密度、长循环锂离子电池负极材料具有指导作用，同时公开的制备方法操作简便且生产过程无毒无害，易于大规模生产和推广。