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一种锂离子电池负极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池材料的制备领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明首次以一氧化锰作为锂离子电池的负极材料，该一氧化锰是由草酸锰煅烧制得，其整个制备过程不需要用到任何表面活性剂，简单快速，适合大量生产。所制备一氧化锰用作锂离子电池负极材料，相比于现有的碳材料负极材料，可以显著提高锂离子电池的容量。

Description

一种锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池材料的制备领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
背景技术
自上世纪90年代开始，锂离子电池由于其具有比能量大、比功率高、自放电小、循环特性好以及可快速充电且效率高、工作温度范围宽、无环境污染等优点，已被广泛应用于电子产品、电动汽车、航空航天、通讯设备和武器装备等领域。目前市场商业化的锂离子电池，基本都是以人造石墨等碳材料为负极。但是，以碳材料为负极还有一些难以克服的弱点，例如，碳材料在首次放电过程中与电解液发生反应，在表面形成一层钝化膜，导致电解液的消耗和首次库伦效率降低；碳负极的放电平台与金属锂的析出电位很接近，当电池处于过充状态时，碳电极表面容易析出金属锂，引起电池短路甚至造成电池爆炸。为了解决锂离子电池的安全问题，科研工作者进行了大量的研究，以寻找合适的替代材料。目前产业化的负极材料只有碳材料，但是其较低的理论比容量限制了其进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法。所制备一氧化锰用作锂离子电池负极材料，相比于现有的碳材料负极材料，可以显著提高锂离子电池的容量。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种锂离子电池负极材料，以一氧化锰作为锂离子电池的负极材料。
一种制备如上所述锂离子电池负极材料的方法，将乙酸锰加入去离子水中，配制乙酸锰溶液A；将草酸加入去离子水中，配制草酸溶液B；将草酸溶液B滴加至乙酸锰溶液A中，将溶液放在磁力搅拌器上搅拌1min~60min，再对反应液进行抽滤，制备草酸锰粉末；放入600℃~900℃氩气气氛的管式炉中煅烧，并保温20min~120min，制得一氧化锰粉末；其中草酸、乙酸锰的质量比为1:4~1:5。
优选的，将乙酸锰加入去离子水中，配制乙酸锰溶液A；将草酸加入去离子水中，配制草酸溶液B；将草酸溶液B滴加至乙酸锰溶液A中，将溶液放在磁力搅拌器上搅拌30min，再对反应液进行抽滤，制备八面体草酸锰粉末；放入800℃氩气气氛的管式炉中煅烧，并保温60min，制得具有二级微纳结构的八面体一氧化锰粉末；其中草酸、乙酸锰的质量比为1:4~1:5。
一种锂离子电池负极的制备方法，将一氧化锰粉末、导电炭黑、丁苯橡胶和水按质量比100:0.6:2.5:110混合，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池负极浆料；然后，将得到的负极浆料涂布在铜箔上，120℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池负极片。
本发明与现有技术比较具有以下优点：
本发明通过控制醋酸锰、草酸的浓度、比例以及反应时间合成出了八面体草酸锰粉末，经过无氧煅烧得到了具有二级微纳结构的八面体一氧化锰粉末，该粉末可以用作锂离子电池负极材料；整个合成过程简单，无需外加表面活性剂，用作锂离子负极材料时的容量比现有的石墨材料高。
附图说明
图1为一氧化锰的XRD谱图；
图2为一氧化锰的SEM。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
1）一种制备锂离子电池负极材料的方法，将乙酸锰加入去离子水中，配制乙酸锰溶液A；将草酸加入去离子水中，配制草酸溶液B；将草酸溶液B滴加至乙酸锰溶液A中，将溶液放在磁力搅拌器上搅拌30min，再对反应液进行抽滤，制备草酸锰粉末；放入800℃氩气气氛的管式炉中煅烧，并保温60min，制得一氧化锰粉末；其中草酸、乙酸锰的质量比为1:5；
2）一种锂离子电池负极的制备方法，将步骤1）制得的一氧化锰粉末、导电炭黑、丁苯橡胶和水按质量比100:0.6:2.5:110混合，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池负极浆料；然后，将得到的负极浆料涂布在铜箔上，120℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池负极片。
3）锂离子电池正极片的制备：LiCoO2：乙炔黑：PVDF：NMP按质量比100：5：3.5：110配制正极浆料，搅拌均匀后涂在铝箔上，然后110℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池正极片；
4）锂离子电池的制备：将上述步骤制得的锂离子电池正极片、负极片与厚25μm的聚丙烯膜隔膜按照正极片、隔膜、负极片的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯，注入电解液，密封电池外壳，制成锂离子电池；电解液的成分是：1mol/L的LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)体积比1：1的混合溶剂中。
实施例2
1）一种制备锂离子电池负极材料的方法，将乙酸锰加入去离子水中，配制乙酸锰溶液A；将草酸加入去离子水中，配制草酸溶液B；将草酸溶液B滴加至乙酸锰溶液A中，将溶液放在磁力搅拌器上搅拌60min，再对反应液进行抽滤，制备草酸锰粉末；放入900℃氩气气氛的管式炉中煅烧，并保温120min，制得一氧化锰粉末；其中草酸、乙酸锰的质量比为1:4；
2）一种锂离子电池负极的制备方法，将步骤1）制得的一氧化锰粉末、导电炭黑、丁苯橡胶和水按质量比100:0.6:2.5:110混合，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池负极浆料；然后，将得到的负极浆料涂布在铜箔上，120℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池负极片。
3）锂离子电池正极片的制备：LiCoO2：乙炔黑：PVDF：NMP按质量比100：5：3.5：110配制正极浆料，搅拌均匀后涂在铝箔上，然后110℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池正极片；
4）锂离子电池的制备：将上述步骤制得的锂离子电池正极片、负极片与厚25μm的聚丙烯膜隔膜按照正极片、隔膜、负极片的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯，注入电解液，密封电池外壳，制成锂离子电池；电解液的成分是：1mol/L的LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)体积比1：1的混合溶剂中。
实施例3
1）一种制备锂离子电池负极材料的方法，将乙酸锰加入去离子水中，配制乙酸锰溶液A；将草酸加入去离子水中，配制草酸溶液B；将草酸溶液B滴加至乙酸锰溶液A中，将溶液放在磁力搅拌器上搅拌1min，再对反应液进行抽滤，制备草酸锰粉末；放入600℃氩气气氛的管式炉中煅烧，并保温20min，制得一氧化锰粉末；其中草酸、乙酸锰的质量比为1:4；
2）一种锂离子电池负极的制备方法，将步骤1）制得的一氧化锰粉末、导电炭黑、丁苯橡胶和水按质量比100:0.6:2.5:110混合，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池负极浆料；然后，将得到的负极浆料涂布在铜箔上，120℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池负极片。
3）锂离子电池正极片的制备：LiCoO2：乙炔黑：PVDF：NMP按质量比100：5：3.5：110配制正极浆料，搅拌均匀后涂在铝箔上，然后110℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池正极片；
4）锂离子电池的制备：将上述步骤制得的锂离子电池正极片、负极片与厚25μm的聚丙烯膜隔膜按照正极片、隔膜、负极片的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯，注入电解液，密封电池外壳，制成锂离子电池；电解液的成分是：1mol/L的LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)体积比1：1的混合溶剂中。
对比例1
1）锂离子电池负极片的制备：人造石墨:导电炭黑:丁苯橡胶(SBR):水按质量比100:0.6:2.5:110混合，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池负极浆料；然后，将得到的负极浆料涂布在铜箔上，120℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片得到锂离子电池负极片；
2）锂离子电池正极片的制备：LiCoO2:乙炔黑:PVDF:NMP按质量比100:5:3.5:110配制正极浆料，搅拌均匀后涂在12μm厚的铝箔上，然后100℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片得到锂离子电池正极片;
3）锂离子电池的制备：将上述步骤制得的锂离子电池正极片、负极片与聚丙烯膜隔膜按照正极片、隔膜、负极片的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯，注入电解液，最后密封电池外壳，制成锂离子电池；电解液的成分是：1mol/L的LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC):碳酸二甲酯(DMC)体积比1:1的混合溶剂中。
表1锂离子电池的测试：将制作的锂离子电池在常温，1C放电倍率下测试其容量；
从表1可知，本发明采用一氧化锰作为锂离子电池的负极材料，显著地提高了锂离子电池的容量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于：以一氧化锰作为锂离子电池的负极材料。
2.一种制备如权利要求1所述锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：将乙酸锰加入去离子水中，配制乙酸锰溶液A；将草酸加入去离子水中，配制草酸溶液B；将草酸溶液B滴加至乙酸锰溶液A中，将溶液放在磁力搅拌器上搅拌1min~60min，再对反应液进行抽滤，制备八面体草酸锰粉末；放入600℃~900℃氩气气氛的管式炉中煅烧，并保温20min~120min，制得具有二级微纳结构的八面体一氧化锰粉末；其中草酸、乙酸锰的质量比为1:4~1:5。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：将乙酸锰加入去离子水中，配制乙酸锰溶液A；将草酸加入去离子水中，配制草酸溶液B；将草酸溶液B滴加至乙酸锰溶液A中，将溶液放在磁力搅拌器上搅拌30min，再对反应液进行抽滤，制备八面体草酸锰粉末；放入800℃氩气气氛的管式炉中煅烧，并保温60min，制得具有二级微纳结构的八面体一氧化锰粉末；其中草酸、乙酸锰的质量比为1:4~1:5。
4.一种锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：将一氧化锰粉末、导电炭黑、丁苯橡胶和水按质量比100:0.6:2.5:110混合，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池负极浆料；然后，将得到的负极浆料涂布在铜箔上，120℃干燥10min，然后用压片机压片，最后切片，得到锂离子电池负极片。
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