[发明专利]一种锂离子电池锰氧化物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池锰氧化物复合材料及其制备方法和应用,所述锂离子电池锰氧化物复合材料包括锰氧化物颗粒均匀分布在纤维状碳上形成的纤维状碳/锰氧化物复合材料，及包覆在所述纤维状碳/锰氧化物复合材料表面的碳层。本发明的锂离子电池锰氧化物复合材料有效的缓解了材料的体积膨胀和导电性差的问题。使用该材料制备的锂离子电池具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及材料合成及化学电源技术领域，尤其涉及一种锂离子电池锰氧化物复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于能量密度大、充放电速度快、循环寿命长等优点应用于各种电子设备。随着社会的发展，新能源汽车领域的兴起，锂离子电池能量密度的提升是必须的也是必然的。寻求更高比容量的活性材料成为行业内热点和研究方向。

锰氧化物由于比容量高、资源丰富、价格便宜、环境友好等特点而受到人们的广泛关注，成为最具有研究前景的锂离子电池负极材料之一。但是锰氧化物有以下几个缺点：(1)材料在循环过程中较大体积膨胀，破坏电极结构，导致放电容量持续下降；(2)材料自身导电性差，导致电池大电流充放电性能差。如何有效改善以上两个问题成为人们研究的热点。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池锰氧化物复合材料及其制备方法和应用，本发明的锂离子电池锰氧化物复合材料有效的缓解了材料的体积膨胀和导电性差的问题。使用该材料制备的锂离子电池具有良好的电化学性能。

本发明提出一种锂离子电池锰氧化物复合材料，所述锂离子电池锰氧化物复合材料包括锰氧化物颗粒均匀分布在纤维状碳上形成的纤维状碳/锰氧化物复合材料，及包覆在所述纤维状碳/锰氧化物复合材料表面的碳层。

优选地，所述纤维状碳为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、气相沉积碳纤维中的一种或多种。

优选地，所述锂离子电池锰氧化物复合材料的制备方法如下：

S1、用强碱在高温、惰性气氛中处理纤维状碳，洗涤、过滤、烘干后，得到预处理纤维状碳；

S2、将步骤S1制得的预处理纤维状碳和KMnO₄、水混合搅拌均匀后，进行微波处理，冷却后洗涤、过滤、烘干得到纤维状碳/锰氧化物复合材料；

S3、将步骤S2制得的纤维状碳/锰氧化物复合材料和碳源、水混合搅拌均匀后，进行微波处理，冷却后洗涤、过滤、烘干，即得。

优选地，所述惰性气氛包括氮气、氦气、氩气气氛。

优选地，所述预处理纤维状碳和KMnO₄的质量比为2：1-1：20。

优选地，所述纤维状碳/锰氧化物复合材料和碳源的质量比为5：1-1：5；。

优选地，所述碳源为水溶性糖类物质，更优选地，所述碳源为葡萄糖、果糖、蔗糖等其中一种或多种。

优选地，所述步骤S1中，高温处理的温度为700-900℃，处理时间为8-24h。

优选地，所述步骤S2中，微波处理的转速为1-100r/s，反应功率为100-1000W反应时间为0.1-5h。

优选地，所述步骤S3中，微波处理的转速为1-100r/s，反应功率为100-1000W反应时间为0.1-5h。

本发明还提出了一种锂离子电池，包括正极、隔膜、负极和电解液，所述负极包括负极活性物质，所述负极活性物质为上述锂离子电池锰氧化物复合材料。

优选地，所述负极包括金属集流体和涂布在所述金属集流体上的负极活性物质和导电剂、粘结剂。

优选地，所述金属集流体为金属Cu或Cu合金。