一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料的制备方法及其产品和应用与流程

1.本发明涉及一种锂电负极材料的制备方法，特别是涉及一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料的制备方法及其产品和应用。


背景技术：

2.随着技术的进步，锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天及生物医药等领 域，因此，研究与开发动力用锂离子电池及相关材料具有重大的意义。对于动力用锂离子电 池而言，其关键是提高功率密度和能量密度，而功率密度和能量密度提高的根本是电极材 料，特别是负极材料的改善。。
3.自上世纪90年代初，日本的科技工作者开发出了层状结构的碳材料，碳材料是最 早为人们所研究并应用于锂离子电池商品化的材料，至今仍是大家关注和研究的重点之一，但是碳负极材料存在一些缺陷：电池化成时，与电解液反应形成sei膜，导致电解液的消 耗和较低的首次库伦效率；电池过充时，可能会在碳电极表面析出金属锂，形成锂枝晶造成短路，导致温度升高，电池爆炸；另外，锂离子在碳材料中的扩散系数较小，导致电池不能实 现大电流充放电，从而限制了锂离子电池的应用范围。
4.mn2coo4是一种尖晶石结构的复合氧化物，是一种广泛应用的磁性材料，常用作燃料电池材料，目前也可以作为锂离子电池负极材料，通过转化和合金化反应具有较高的li 储存容量。该材料被认为是一种具有前途的锂离子负极材料。


技术实现要素：

5.为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料的制备方法。
6.本发明的再一目的在于：提供一种上述方法获得的产品。
7.本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
8.本发明提供一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料的制备方法，较高的比表面积能更多地与电解液接触，提高材料的电化学性能。
9.本发明目的通过下述方案实现：一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料的制备方法，具体步骤为：（1）将可溶性锰盐于油胺溶液中，磁力搅拌1~2 h至均匀，然后向其中通入氩气20~30 min，将该溶液逐步加热到120~150 ℃，使锰盐全部溶解变成透明溶液；得溶液a ；（2）向上述溶液a中注射1~1.5 ml有机醇，在该温度条件下磁力搅拌20~60 min，然后再加热到220~250℃，反应混合物在该温度下保持20~30 min，然后自然冷却至室温；（3）将步骤（2）所得溶液滴加到液态烷烃中，将沉淀物离心分离，将所得产物在真空烘箱60-80 ℃中干燥，得二氧化锰/碳；（4）将钴盐、二氧化锰/碳和1 ml硝酸溶于去离子水中，搅拌得到均匀澄清前驱液；
将上述混合溶液加入15 ml氢氧化钠碱溶液中，移至25 ml水热釜中，于180~200 ℃在烘箱中水热反应1~3 h；将反应后的产物离心，将离心后得到的沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤多次，用玛瑙研钵研细后得到锰钴氧/碳负极材料。
10.所述的锰盐是醋酸锰、硝酸锰或甲酸锰中的一种或其组合。
11.所述得有机醇为正丁醇、正庚醇或乙戊醇中的一种或其组合。
12.所述的液态烷烃为戊烷、己烷、叔丁烷中的一种或其组合。
13.所述的可溶性钴盐是醋酸钴、硝酸钴或甲酸钴中的一种或其组合。
14.一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料，由上述任一所述方法制备得到。
15.一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料在锂离子电池负极材料中的应用。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 本发明提供一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料的制备方法，较高的比表面积能更多地与电解液接触，提高材料的电化学性能。该制备工艺相对简单，易操作。
附图说明
17.图1为实施例1 锰钴氧/碳负极材料的倍率性能图。
具体实施方式
18.本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些 实施例子。
19.实施例1一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料，按如下步骤制备：（1）将可溶性醋酸锰溶于油胺溶液中，磁力搅拌1h至均匀后，向其中通入氩气20min，将该溶液逐步加热到120℃，使醋酸锰全部溶解变成透明溶液；得溶液a；（2）向步骤（1）得到的溶液a中注射1ml正丁醇，磁力搅拌30min后，再加热到220℃，得到的反应混合物在该温度下保持30min后，自然冷却至室温，得到混合溶液；（3）将步骤（2）所得混合溶液滴加到液态戊烷中，将沉淀物离心分离，所得的产物在真空烘箱60℃中干燥，得二氧化锰/碳；（4）将醋酸钴、二氧化锰/碳和1 ml硝酸溶于去离子水中，搅拌得到均匀澄清前驱液；将前驱液加入15 ml氢氧化钠碱溶液中，移至25 ml水热釜中，于200℃在烘箱中进行水热反应1h；将反应后的产物离心，所得的沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤，用玛瑙研钵研细后得到锰钴氧/碳负极材料。
20.锰钴氧/碳负极材料的比表面积为36.8 m2/g。
21.图1是锰钴氧/碳负极材料的倍率性能图。在电流密度为100 ma/g时，其5次平均放电比容量为1665.6 mah/g；在电流密度为400 ma/g时，其5次平均放电比容量为1482.2 mah/g；在电流密度为800 ma/g时，其5次平均放电比容量为989.6 mah/g；在电流密度为1000 ma/g时，，其5次平均放电比容量为798.4 mah/g；当再回到电流密度为100 ma/g时，其5次平均放电比容量为1561.4 mah/g。经过不同倍率再返回100 ma/g时，容量保持率93.7%。
22.实施例2一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料，按如下步骤制备：
（1）将可溶性硝酸锰溶于油胺溶液中，磁力搅拌2h至均匀后，向其中通入氩气20min，将该溶液逐步加热到150℃，使硝酸锰全部溶解变成透明溶液；得溶液a；（2）向步骤（1）得到的溶液a中注射1.5 ml异戊醇，磁力搅拌20 min后，再加热到250℃，得到的反应混合物在该温度下保持20min后，自然冷却至室温，得到混合溶液；（3）将步骤（2）所得混合溶液滴加到液态己烷中，将沉淀物离心分离，所得的产物在真空烘箱80℃中干燥，得二氧化锰/碳；（4）将硝酸钴、二氧化锰/碳和1 ml硝酸溶于去离子水中，搅拌得到均匀澄清前驱液；将前驱液加入15 ml氢氧化钠碱溶液中，移至25 ml水热釜中，于180℃在烘箱中进行水热反应3h；将反应后的产物离心，所得的沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤多次，用玛瑙研钵研细后得到锰钴氧/碳负极材料。
23.锰钴氧/碳负极材料的比表面积为38.5 m2/g。
24.实施例3一种高比表面积锰钴氧/碳负极材料，按如下步骤制备：（1）将可溶性甲酸锰溶于油胺溶液中，磁力搅拌2 h至均匀后，向其中通入氩气20min，将该溶液逐步加热到140℃，使甲酸锰全部溶解变成透明溶液；得溶液a；（2）向步骤（1）得到的溶液a中注射1~1.5 ml正庚醇，磁力搅拌20 min后，再加热到250℃，得到的反应混合物在该温度下保持20min后，自然冷却至室温，得到混合溶液；（3）将步骤（2）所得混合溶液滴加到液态叔丁烷中，所得的沉淀物离心分离，所得的产物在真空烘箱80℃中干燥，得二氧化锰/碳；（4）将甲酸钴、二氧化锰/碳和1 ml硝酸溶于去离子水中，搅拌得到均匀澄清前驱液；将前驱液加入15 ml氢氧化钠碱溶液中，移至25 ml水热釜中，于200℃水热反应1h；将反应后的产物离心，所得的沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤多次，用玛瑙研钵研细后得到锰钴氧/碳负极材料。
25.锰钴氧/碳负极材料的比表面积为35.6 m2/g。