[发明专利]一种棒状多孔四氧化三钴/纳米管二氧化锰负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种棒状多孔四氧化三钴/纳米管二氧化锰负极材料及其制备方法与应用，属于锂离子电池材料领域。该方法包括以下步骤：(1)将高锰酸钾与浓盐酸水热反应，得到纳米管二氧化锰；(2)将纳米管二氧化锰加入甲醇中得到二氧化锰甲醇溶液，并取二氧化锰甲醇溶液先加入2‑甲基咪唑甲醇溶液中，然后加入六水合硝酸钴甲醇溶液中，静置，得到有机金属框架/二氧化锰复合物；(3)将步骤(2)中得到的有机金属框架/二氧化锰复合物高温煅烧得到棒状多孔四氧化三钴/纳米管二氧化锰负极材料。本发明得到棒状多孔空心结构的金属氧化物复合物，该结构能够缓解材料在充放电过程中的体积膨胀问题，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，具体涉及一种棒状多孔四氧化三钴/纳米管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。过渡金属氧化物优势主要在于：(1)具有较高的理论比容量；过渡金属氧化物的理论比容量远高于目前商用碳材料的理论比容量(372mAh/g)，如MnO₂为1232mAh/g,Fe₂O₃为1007mAh/g、Fe₃O₄为924mAh/g、Co₃O₄为890mAh/g、CuO为673mAh/g等；(2)二氧化锰和四氧化三钴具有较低的放电平台，约为0.4V和0.6V；这两个过渡金属氧化物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、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；(5)过渡金属氧化物杂化结构能够保留各组分的优势，同时提供协同效应，提高物理化学性质，如电化学反应性和机械稳定性。但是，过渡金属氧化物作为锂离子电池的负极材料，有着许多缺点：(1)过渡金属氧化物本身的导电性较差，不利于充放电过程中的电荷传递；(2)过渡金属氧化物在充放电的过程中，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，如合成氧化铁/氧化钴杂化材料如Fe₂O₃@Co₃O₄@C复合纳米材料，Fe₂O₃@Co₃O₄纳米线，Co₃O₄@Fe₂O₃核壳针状纳米结构。此外，层状空心纳米结构是一种有效的方法来缓解充放电过程中的体积变化。多孔结构不仅可以降低锂离子的扩散路径，同时还具有较大的比表面积与电解液充分接触。因此，合成棒状多孔纳米结构的四氧化三钴/二氧化锰杂化材料可以有效提高电池的储锂性能。

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棒状多孔四氧化三钴/纳米管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棒状多孔四氧化三钴/纳米管二氧化锰负极材料。

本发明的目的在于提供上述棒状多孔四氧化三钴/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。

一种棒状多孔四氧化三钴/纳米管二氧化锰负极材料的制备方法，包括以下步骤：