多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：以Mn重量百分比为50‑80％的NiMn合金为原料，制备NiMn合金片；对NiMn合金片进行去合金化处理，以得到多孔NiMn合金片；对多孔NiMn合金片进行热处理，得到热处理之后的多孔NiMn合金片；对热处理之后的多孔NiMn合金片进行表面自氧化处理，以得到多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料，其中自氧化处理是在空气中热处理氧化或电化学极化氧化处理。本发明专利技术的制备方法简单、成本低，并且由于是直接在NiMn合金基体上形成氧化物，所以氧化物与基体的结合紧密。通过本发明专利技术的制备方法制得的多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料的各项性能指标都非常优良。

【技术实现步骤摘要】
多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锂电负极材料及其制备方法，特别涉及一种多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种高效可充电储能器件在日常生活生产中得到广泛应用。锂离子电池主要是由正负极材料，隔膜，电解液等四部分组成，其中正负极材料性能的优劣严重影响了其性能。负极材料因为具有较低的电位可提高锂离子电池应用电压范围。锂电负极材料主要包括商业化活性炭，锡基、硅基以及过渡族金属氧化物等。其中过渡族金属氧化物因为具有高的理论比容量受到本领域的高度重视。但是因为过渡族金属氧化物导电性差、充放电过程中易膨胀和粉化的缺点，故其应用受到限制。为提高过渡族金属氧化物的导电性并提高循环使用寿命，许多研究致力于引入导电添加剂或导电增强体来解决这些缺陷。通过传统方法将不同形貌的过渡族金属氧化物粉末与导电剂、粘结剂进行混料涂膜的方法可制备出实用性强的薄膜负极材料。但是因为导电剂和粘结剂的加入，造成制备方法复杂不利于快速制备锂电负极，并且制备得到的锂电负极循环性能差，并且提高了生产成本。通过引入导电增强体，可有效利用增强体的高导电性，高比表面积的优势，从而制备出新型自支撑复合电极，这样的电极具有较好的性能。但是在制备复合型锂电负极材料的过程中通常采用物理沉积法、化学、电化学沉积法以及水热反应等物理或化学方法，其活性材料与导电增强体间很难紧密结合。在长时间循环过程中，活性物质脱落会严重影响负极材料性能并限制商业化应用。为解决上述目前锂电行业存在的过渡族金属氧化物导电性差的问题，采用目前极具优势的去合金化-极化氧化法，成功制备出表面自生长的氧化物的自支撑电极材料，其活性物质与导电多孔金属基体具有晶格匹配的关系，故而两者能够紧密生长在一起，很难脱落。其优势在于：1、二元体系形成的氧化物形成协同体系具有互相抑制体积膨胀的作用；2、多孔金属作为导电基体，通过自氧化的方法可有效提高界面结合力并提高导电能力，利于电子、离子的传输；3、高的比表面积可负载更多活性物质，从而提高比容量；4、过渡族金属氧化物矿产资源丰富，且采用金属制备电极方法简单，成本更低。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料的制备方法，从而克服现有技术的缺点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料的制备方法，其特征在于：方法包括如下步骤：以Mn重量百分比为50-80％的NiMn合金为原料，制备NiMn合金片；对NiMn合金片进行去合金化处理，以得到多孔NiMn合金片；对多孔NiMn合金片进行热处理，其中热处理的工艺是：以氢气作为还原和保护气氛，热处理温度为400-1000摄氏度，热处理的时间为10min-180min，得到热处理之后的多孔NiMn合金片；对热处理之后的多孔NiMn合金片进行表面自氧化处理，以得到多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料，自氧化处理是在空气中热处理氧化或电化学极化氧化处理。优选地，上述技术方案中，其中，制备NiMn合金片具体为：利用熔炼甩带法制备厚度20-50um的NiMn合金片或利用熔炼铸造法制得单相固溶体NiMn合金锭，随后进行轧制，得到厚度为20-500um的NiMn合金片。优选地，上述技术方案中，去合金化处理是化学去合金化法，化学去合金化法具体步骤是：以硫酸铵、稀盐酸或稀硫酸中的一种或多种为腐蚀液，在温度为20-80摄氏度的条件下对NiMn合金片进行腐蚀，腐蚀处理时间为30-300分钟。优选地，上述技术方案中，去合金化处理是电化学去合金化法，电化学去合金化法具体步骤是：以硫酸铵为腐蚀液，在腐蚀电位在-0.4-0.9V的条件下对NiMn合金片进行腐蚀，腐蚀处理时间为30-1200分钟。优选地，上述技术方案中，在空气中热处理氧化具体是：在大气气氛中进行热处理，热处理的温度范围为100-400摄氏度，热处理的时间为10-120min。优选地，上述技术方案中，电化学极化氧化处理具体是：在氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂溶液中对热处理之后的多孔NiMn合金片进行极化处理，溶液浓度为0.5-6mol/L，极化电压小于1V，极化时间为10-600s，对得到的极化后的多孔金属在氩气、氮气等保护气氛下进行热处理，得到表面仅负载活性氧化物的NiMn氧化物锂电负极材料。优选地，上述技术方案中，热处理的温度是300-900摄氏度。本专利技术的另一目的在于提供一种多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料，该锂电负极材料是通过前述制备方法制备的。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术通过直接制备NiMn合金基体，然后对NiMn合金基体直接进行去合金化处理，从而直接得到多孔NiMn合金；2、在保护气氛中的热处理，并结合对热处理工艺的控制，从而控制了NiMn微孔的孔径及孔径分布；3、在此基础之上，通过最后的氧化处理，直接得到以微孔NiMn合金为基体，在集体上均匀分布有氧化物层的锂电负极材料。本专利技术使用的方法比现有技术中存在的制备方法简单，成本更低，并且由于是直接在NiMn合金基体上形成氧化物，所以氧化物与基体的结合更紧密。附图说明图1是本专利技术的制备过程的示意性的立体流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。在本专利技术中，合金及各种溶剂、溶液都是购自普通化工商店。电化学处理可以使用各种型号、品牌的电化学工作站，电化学工作站本身的选择对于本专利技术没有实质影响。热处理炉是本领域公知的任意种类的热处理炉。电池测试使用本领域公知的电池测试仪进行。图1是本专利技术的制备过程的示意性的立体流程图。实施例1以Mn重量百分比为50％的NiMn合金为原料，制备NiMn合金片；对NiMn合金片进行去合金化处理，以得到多孔NiMn合金片；对多孔NiMn合金片进行热处理，其中热处理的工艺是：以氢气作为还原和保护气氛，热处理温度为1000摄氏度，热处理的时间为10min，得到热处理之后的多孔NiMn合金片；对热处理之后的多孔NiMn合金片进行表面自氧化处理，自氧化处理是在空气中热处理氧化，其中，利用熔炼甩带法制备厚度20um的NiMn合金片，利用化学去合金化法，以硫酸铵为腐蚀液，在温度为20摄氏度的条件下对NiMn合金片进行腐蚀，腐蚀处理时间为300分钟，在大气气氛中进行热处理，热处理的温度范围为400摄氏度，热处理的时间为10min。最终得到多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料。实施例2以Mn重量百分比为80％的NiMn合金为原料，制备NiMn合金片；对NiMn合金片进行去合金化处理，以得到多孔NiMn合金片；对多孔NiMn合金片进行热处理，其中热处理的工艺是：以氢气作为还原和保护气氛，热处理温度为400摄氏度，热处理的时间为180min，得到热处理之后的多孔NiMn合金片；对热处理之后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以Mn重量百分比为50‑80％的NiMn合金为原料，制备NiMn合金片；对所述NiMn合金片进行去合金化处理，以得到多孔NiMn合金片；对多孔NiMn合金片进行热处理，其中所述热处理的工艺是：以氢气作为还原和保护气氛，热处理温度为400‑1000摄氏度，所述热处理的时间为10min‑180min，得到热处理之后的多孔NiMn合金片；对所述热处理之后的多孔NiMn合金片进行表面自氧化处理，以得到所述多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料，所述自氧化处理是在空气中热处理氧化或电化学极化氧化处理。

【技术特征摘要】
1.一种多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以Mn重量百分比为50-80％的NiMn合金为原料，制备NiMn合金片；对所述NiMn合金片进行去合金化处理，以得到多孔NiMn合金片；对多孔NiMn合金片进行热处理，其中所述热处理的工艺是：以氢气作为还原和保护气氛，热处理温度为400-1000摄氏度，所述热处理的时间为10min-180min，得到热处理之后的多孔NiMn合金片；对所述热处理之后的多孔NiMn合金片进行表面自氧化处理，以得到所述多孔二元NiMn氧化物锂电负极材料，所述自氧化处理是在空气中热处理氧化或电化学极化氧化处理。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述制备NiMn合金片具体为：利用熔炼甩带法制备厚度20-50um的NiMn合金片或利用熔炼铸造法制得单相固溶体NiMn合金锭，随后进行轧制，得到厚度为20-500um的NiMn合金片。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去合金化处理是化学去合金化法，所述化学去合金化法具体步骤是：以硫酸铵、稀盐酸或稀硫酸中的一种或多种为腐蚀液，在温度为20-80摄氏度的条件下对所述NiMn...

【专利技术属性】
技术研发人员：康建立，张少飞，张志佳，乔志军，黄钦，于镇洋，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12