[发明专利]一种空心碳球负载二氧化锰负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料领域，公开了一种空心碳球负载二氧化锰负极材料及其制备方法。本发明制备方法包括以下步骤：(1)将间氨基苯酚与氨水加入水中搅拌反应，得到间氨基苯酚混合液，然后将甲醛加入间氨基苯酚混合液中反应，再加入丙酮反应得到复合物；(2)将步骤(1)得到的复合物在惰性气氛下煅烧得到空心碳球；(3)将步骤(2)得到的空心碳球和高锰酸钾加入水中，搅拌处理，得到空心碳球负载二氧化锰负极材料。本发明的负极材料利用空心碳球，不仅能够提供更加有效的锂离子传输通道，同时可以缓解二氧化锰在充放电过程中的体积膨胀问题，从而提升锂离子电池的循环容量和循环稳定性，在锂离子电池领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种空心碳球负载二氧化锰负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

伴随着能源问题和环境问题，人类对高比容量锂离子电池的需求越来越迫切。如何实现锂离子电池的高容量、大功率和长寿命，依赖于其中各核心部件的结构设计和性能提升。目前，市场上普遍应用的锂离子电池负极材料主要是石墨-碳负极材料，分为石墨类、硬碳类和软碳类材料等几种形式。过渡金属氧化物由于其供选择的种类众多且体积效应较小，已成为研究热点之一。相对于其他过渡金属氧化物的负极材料，二氧化锰的优势主要在于：(1)具有较高的理论比容量(1232mAh/g)；该容量不仅远高于目前商用碳材料的理论比容量(372mAh/g)，而且也优于其他许多过渡金属氧化物的理论比容量，如Fe₂O₃为1007mAh/g、Fe₃O₄为924mAh/g、Co₃O₄为890mAh/g、CuO为673mAh/g等；(2)二氧化锰具有较低的放电平台，约为0.40V；该电压明显低于其他过渡金属氧化物负极材料的电压平台，如Fe₂O₃为0.7-0.9V、Co₃O₄约为0.6V、CuO约为0.9V；(3)二氧化锰具有多样的晶体结构可供选择(如α相、β相、γ相等)；(4)二氧化锰还具有丰富的自然储量、低廉的价格、环境污染较小等许多优点。二氧化锰较高的理论比容量将为开发大容量的锂电负极材料提供可能，同时作为负极材料，较低的放电平台将有助于提高电池整体的电压和功率，多样化的晶体结构单元组装方式将有利于理解电极材料的结构与性能之间的关联，这些都使得二氧化锰在锂离子电池负极材料应用上具有巨大的潜力。

但是，二氧化锰作为锂离子电池的负极材料，也面临着与其他过渡金属氧化物负极材料相类似的问题：(1)二氧化锰本身的导电性较差，不利于充放电过程中的电荷传递；(2)二氧化锰在充放电的过程中，容易发生显著的体积变化，导致电极材料粉化，彼此之间连接减少，体系电阻增加；或者从集流体表面脱落，造成活性物质损失。

为解决上述问题，人们采取了很多方法，如通过低温液相还原反应合成多孔二氧化锰纳米材料，或将碳纳米管引入到二氧化锰材料中，合成碳复合二氧化锰纳米材料，但上述技术的制备方法繁琐且效果不明显。因此采用简单的制备方法获得具有良好的导电性及稳定性的二氧化锰负极材料成为提高锂离子电池性能的重点研究方向之一。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种空心碳球负载二氧化锰负极材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的空心碳球负载二氧化锰负极材料。

本发明的再一目的在于提供上述空心碳球负载二氧化锰负极材料在锂离子电池等领域的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种空心碳球负载二氧化锰负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将间氨基苯酚与氨水加入水中搅拌反应，得到间氨基苯酚混合液，然后将甲醛加入间氨基苯酚混合液中反应，再加入丙酮反应得到复合物；