[发明专利]一种多孔碳包覆Co掺杂MnO锂离子电池负极材料及其制法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，且公开了一种多孔碳包覆Co掺杂MnO锂离子电池负极材料，包括以下配方原料及组分：Co掺杂MnO空心微球、二氨基二苯并噻唑、3,4,9,10‑四羧酸酐。该一种多孔碳包覆Co掺杂MnO锂离子电池负极材料，Co掺杂MnO具有的特殊的中空结构，缩短了电子的传输路径，Co掺杂降低了MnO的内电阻，提高了其导电性，促进电子的传输和迁移，多孔状聚酰亚胺薄膜包覆Co掺杂MnO，高温炭化成N,S共掺杂多孔碳包覆Co掺杂MnO，N,S共掺杂多孔碳的导电性能更好，具有丰富的孔隙结构，与电解液具有良好的润湿性，可以接触更多的电化学活性位点，有利于锂离子的脱出和嵌入，多孔碳结构减缓了Co掺杂MnO体积膨胀现象。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体为一种多孔碳包覆Co掺杂MnO锂离子电池负极材料及其制法。

背景技术

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间往返移动来工作，充电时锂离子在电池正极上生成，从正极经过电解质嵌入到负极，使负极处于富锂状态，嵌入的锂离子越多，充电容量越高，放电时锂离子从负极经过电解质嵌入正极，正极处于富锂状态，回到正极的锂离子越多，放电容量越高，锂离子电池具有能量密度大，充放电快速、循环性能优越等优点，是一种新型绿色高效的可充电二次电池。

锂离子电池主要有正极材料、负极材料、隔膜、电解液等组成，其中负极材料锂离子电池的电化学性能影响很大，目前锂离子电池负极材料主要金属类负极材料，如铝基合金、锡基合金，锑基合等，具有很高超高的嵌锂容量；无机非金属类负极材料，如碳纳米管、石墨烯、硅负极材料和硅碳负极材料等；过渡金属氧化物材料，如锰氧化物、钴氧化物、锡氧化物等，其中锰氧化物如MnO、MnO₂、Mn₃O₄等，含量丰富、价格低廉、环境友好以及比容量较高，是一种极具发展潜力的锂离子电池负极材料，但是MnO的导电性能较差，不利于电极反应过程电子的传输和迁移，影响了负极材料的倍率性能，并且MnO在电化学循环过程中，会发生体积变化膨胀，使负极材料结构和基体损耗和破坏，降低了负极材料的电化学循环稳定性。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多孔碳包覆Co掺杂MnO锂离子电池负极材料及其制法，解决了MnO的导电性能较差，影响负极材料倍率性能的问题，同时解决了MnO在电化学循环过程中，会发生体积变化膨胀的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多孔碳包覆Co掺杂MnO锂离子电池负极材料，包括以下配方原料及组分：59-73份Co掺杂MnO空心微球、12-18份二氨基二苯并噻唑、15-23份3,4,9,10-四羧酸酐。

优选的，所述Co掺杂MnO空心微球制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:1.5-2.5，加入羧基聚苯乙烯微球，超声分散均匀后加入Mn(CH₃COOH)₂和Co(CH₃COOH)₂，搅拌均匀后将溶液转移进反应釜中，加热至120-160℃，反应10-20h，将溶液冷却加入乙二酸，置于恒温水浴锅中，加热至40-60℃，匀速搅拌反应2-4h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并干燥，置于气氛电阻炉中并通入氮气，升温速率为2-5℃/min，在440-480℃下煅烧处理4-8h，再通入空气，在500-540℃煅烧2-3h，煅烧产物即为Co掺杂MnO空心微球。

优选的，所述Mn(CH₃COOH)₂、Co(CH₃COOH)₂和乙二酸的物质的量比为99.1-99.8:0.02-0.09:1，Co掺杂MnO化学表达式为Co_0.02-0.09Mn_99.1-99.8O。