[发明专利]一种柔性锂/钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性锂/钠离子电池负极材料及其制备方法，所述柔性电极材料采用静电纺丝的方法，将氧化锰均匀分布在一维碳纤维上，形成竹节状的柔性电极，碳纤维直径约为700nm。将乙酸锌、乙酸锰和聚丙烯腈搅拌分散到二甲基甲酰胺溶液中，形成均匀的纺丝前驱体；将纺丝前驱体液转移到注射器中，调整适当的纺丝条件，制备出纤维膜前驱体；随后利用热处理方法，将前驱体纤维膜进行碳化，最终制备出尺寸可控，柔性极好的竹节状氧化锰纤维膜，工艺简单、成本低廉，所得的竹节状氧化锰纤维膜具有优良的电化学性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种采用静电纺丝和高温煅烧法制备柔性锂/钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂/钠离子电池具有能量密度高、可逆性好等诸多优点，成为储能领域主要的储能设备。然而如何开发更高性能的电池，从而满足日益增长的市场需求成为当下的研究热点。而在柔性可穿戴设备中，柔性储能电池成为关键，其中柔性电极材料又是重中之重。锰基金属氧化物因原料丰富，安全无毒，对环境无污染，理论比容量高等优点，同时锰基氧化物具有更低的工作电压平台，因此当锰基氧化物作为电池负极材料时，其有更高的输出电压，可以提高电池的输出电流，此外其价格低廉，因而受到科学家们的青睐。

近年来，氧化锰以其良好的电化学性能成为锂/钠离子电池研究的热点，然而在研究过程中发现，当氧化锰作为锂/钠离子负极材料时，存在以下缺点：在充放电过程中，体积变化很大；容易产生粉化现象，导致活性物质与集流体接触不良，使得循环性能差；充放电过程中其电子导电率差。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种柔性锂/钠离子电池负极材料及其制备方法，其生产工艺简单、成本低、所制得的氧化锰呈现竹节状结构、具有超高的柔性和优良的电化学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种柔性锂/钠离子电池负极材料，所述电池负极材料由碳纤维和在碳纤维表面均匀分布的氧化锰颗粒组成，所述碳纤维的直径尺寸为100～1000nm，分布在其表面的氧化锰颗粒的直径为100～1000nm。

进一步的，所述氧化锰在碳纤维表面上呈竹节状分布，碳纤维的直径尺寸为700nm，分布在碳纤维表面的氧化锰颗粒的直径为200～900nm。

所述柔性锂/钠离子电池负极材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将乙酸锌、乙酸锰和聚丙烯腈搅拌分散到二甲基甲酰胺溶液中，形成均匀的纺丝前驱体溶液；

（2）步骤（1）得到的纺丝前驱体溶液转移到注射器中，通过静电纺丝，制备出前驱体纤维膜；

（3）将步骤（2）所述前驱体纤维膜放入管式炉中预氧化，保护气氛为氮气，升温和降温速度均为1 ℃/min，得到预氧化前驱体纤维膜；

（4）将步骤（3）得到的预氧化前驱体纤维膜，放入管式炉中，进行高温碳化，升温和降温速度均为1 ℃/min，保护气氛为氮气，最终得到柔性锂/钠离子电池负极材料。

进一步的，所述乙酸锌、乙酸锰、聚丙烯腈之间的质量比为0.01~0.6：0.01~0.8：0.1~1.5。

进一步的，所述二甲基甲酰胺溶液的体积为6ml。

进一步的，所述纺丝条件中注射泵的推进速度为0.01~0.5cm/min，纺丝电压为8~15Kv，接收滚筒和注射器最前端距离为8~20cm。

进一步的，所述前驱体纤维膜放入管式炉中预氧化处理，为了保证具有良好的柔性，预氧化的温度为200~400℃，所述预氧化处理是以1℃/min的速度升温至所述预氧化温度。

进一步的，所述预氧化后的纤维膜在管式炉中碳化处理，以实现锌源挥发乙酸锰氧化，为得到竹节状结构，设置高温碳化的时间为1-5h，碳化温度为700~1200℃。