[发明专利]一种纳米复合氧化物、电极及其制备方法

说明书

本发明公开一种纳米复合氧化物、电极及其制备方法。以葡萄糖和MnCl₂·4H₂O为主要原料，去离子水和乙二醇为溶剂，尿素和十六烷基三甲基氯化铵进一步控制水解过程来形成特殊形貌，通过水热反应和高温煅烧制备成具有米花糕状的Mn₂O₃/C纳米复合物。本发明制备工艺简单、节能环保、易于大量生产，且以Mn₂O₃/C复合氧化物作为锂离子电池负极材料的电化学性能优异。

技术领域

本发明主要涉及锂离子电池负极材料领域，其涉及一种纳米复合氧化物、电极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的负极材料主要是作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱出，是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一。目前，商业化的锂离子电池主要采用碳材料作为负极材料，但碳负极材料存在嵌脱锂实际比容量较小(约为325～360mAh/g)、首次不可逆损失大、倍率性能差等问题，因此研究开发新型的比容量高、倍率性能好、容量衰减小的优质锂离子电池负极材料是现阶段的重点。

过渡金属锰具有储量丰富、价格低廉、无毒害且比容量较高等优点，受到了研究者的广泛关注。锰氧化物的种类很多，包括一氧化锰，二氧化锰，三氧化二锰，四氧化三锰等。在研究的过程中，发现了其存在的一些问题。第一，由于锰氧化物导电性较差不利于电子传输；第二，结构的限制使得离子传输的动力学较差；第三，在充放电过程中易发生体积膨胀，导致结构坍塌，流量衰减，还会引发电极薄膜的极化。常见的改性方法一般是通过减小颗粒尺寸或者合成一些多孔通道缩短离子传输距离，或者是通过碳包覆、和石墨烯混合、加入碳纳米管等来提高电子导电性从而提高其电化学性能。

英文文献《Design of micro-nanostructured Mn₂O₃@CNTs with long cyclingfor lithium-ion storage》公开了一种用碳纳米管掺杂的Mn₂O₃复合材料的制备方法，其主要通过三步反应获得最终产物：第一步通过水热反应得到MnCO₃椭球形前驱体；第二步用KMnO₄和盐酸处理得到介孔中间体，煅烧后获得Mn₂O₃；第三步将碳纳米管与Mn₂O₃混合得到Mn₂O₃@CNTs。该材料用做锂离子电池负极材料时具有优异的电化学性能，在电流密度200mAh/g循环200次后，容量保持在802mAh/g；在电流密度1000mAh/g循环1000次后容量保持在486mAh/g。这主要得益于碳纳米管在Mn₂O₃结构中的均匀分散，微纳椭圆结构和碳纳米管均可防止活性颗粒的粉化和团聚，同时，碳纳米管可以提高电子的导电活性，这些都提高了该材料的库伦效率。但是但该发明的制备工艺较为繁琐复杂、成本较高。因此需要寻找一种生产效率更高、易于规模化生产、价格低廉、具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料。

发明内容

基于现有技术中存在的问题，本发明的首要目的在于解决现有商业化负极材料石墨比容量低的问题，提供一种工艺简单、节能环保、易于大量生产的纳米复合氧化物、电极及其制备方法，基于上述目的，本发明至少提供以下技术方案：

一种纳米复合氧化物的制备方法，其包括以下步骤：

以包含葡萄糖、MnCl₂·4H₂O、表面活性剂以及沉淀剂的原料配置悬浮液；

以上述悬浮液为原料进行水热反应；

将上述水热反应获得的产物进行沉淀物清洗收集；