锂电池电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池电极材料的制备方法，该锂电池电极材料的制备方法包括如下步骤：S1、制备氧化石墨烯分散液；S2、制备MCO3(M=Mn+Ni)琼脂凝胶前驱体；S3、制备微米级葡萄状MnO

【技术实现步骤摘要】
锂电池电极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电极材料
，特别是涉及一种锂电池电极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]MnO基极材料由于其理论比容量高、电位平台低、密度高、循环极化小、环境友好、存储量大、成本低等优势成为具有吸引力锂离子电池负极材料。目前，大量的研究工作针对MnO基电极材料且己去取得较好的电化学性能。将MnO基电极材料碳基材料复合和将该类材料纳米化是提高其综合电化学性能最有效的两种策略。纳米化可以缩短锂离子扩散距离，缓解锂离子插入／脱嵌产生的结构应力，大的比表面提高反应动力学，从而显著提高电池的性能。通过引入碳基材料，可以大幅度提高其导电性且缓冲活性材料在循环过程中较大的体积膨胀，使得MnO/C复合电极材料具备优异的电化学性能。
[0003]然而，MnO基材料仍存在一些问题阻碍了其用作锂离子电池电极材料的商业应用，因为Mn
2+
状态不稳定，容易氧化成较高的价态，导致充放电过程中材料的容量不稳定。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有的MnO基材料作为锂电池电机材料时，Mn
2+
状态不稳定容易导致充放电过程中材料的容量不稳定的技术问题，提供一种锂电池电极材料的制备方法。
[0005]一种锂电池电极材料的制备方法，该锂电池电极材料的制备方法包括如下步骤：S1、制备氧化石墨烯分散液。
[0006]S2、制备MCO3(M=Mn+Ni)琼脂凝胶前驱体。
[0007]S3、制备微米级葡萄状MnO
>‑
Ni@C复合颗粒。
[0008]在其中一个实施例中，上述的步骤S1包括如下步骤：S11、将石墨烯0.15
‑
2.0g加入到装有300
‑
400mL去离子水的烧杯中，并超声至石墨烯分散均匀；S12、在分散液中加入68.2
‑
70μL水合肼（N2H4H2O）、1050μL氨水（NHH2O）；S13、将烧杯置于80
‑
95℃恒温水浴锅中保温1
‑
1.5小时。
[0009]在其中一个实施例中，上述的步骤S2包括如下步骤：S21、将一定量的MnCl2以及NiCl颗粒溶于500mL去离子水中配制出0.4M的MCl2（M=Mn+Ni）溶液；S22、根据石墨烯占MnO质量的0.3%、0.6%、0.9%以及1.2%计算石墨烯的用量，分散液的质量添加至四份MCl2（M=Mn+Ni）溶液中；S23、在每份配制好的溶液中加入6g琼脂粉，将溶液置于恒温加热磁力搅拌器，并将溶液边加热边搅拌至琼脂完全溶解且直至溶液沸腾；S24、将沸腾后的溶液置于通风处冷却至室温，溶液形成结构稳定的胶体态；S25、将200mL1.2M的碳酸氢铵溶液作为碳源加入到每份胶体态凝胶的上层，静止
48小时，得到四种不同石墨烯含量的MCO3(M=Mn+Ni)琼脂凝胶前驱体。
[0010]在其中一个实施例中，上述的步骤S3包括如下步骤：S31、将每份MCO3(M=Mn+Ni)琼脂凝胶前驱体切成片状，并分别放入冻干机进行低温干燥；S32、将干燥后的四份MCO3(M=Mn+Ni)琼脂凝胶前驱体在惰性气体下700
‑
850℃热处理，加热速率为5℃/min，保温5
‑
6小时完成碳化处理。
[0011]在其中一个实施例中，上述的步骤S21中MnCl2以及NiCl颗粒的配比为：Ni
1+
的摩尔数占Ni
1+
以及Mn
2+
总摩尔数的0%。
[0012]在其中一个实施例中，上述的步骤S21中MnCl2以及NiCl颗粒的配比为：Ni
1+
的摩尔数占Ni
1+
以及Mn
2+
总摩尔数的5%。
[0013]在其中一个实施例中，上述的步骤S21中MnCl2以及NiCl颗粒的配比为：Ni
1+
的摩尔数占Ni
1+
以及Mn
2+
总摩尔数的10%。
[0014]在其中一个实施例中，上述的步骤S21中MnCl2以及NiCl颗粒的配比为：Ni
1+
的摩尔数占Ni
1+
以及Mn
2+
总摩尔数的15%。
[0015]在其中一个实施例中，上述的步骤S32完成后，当镍离子的摩尔数分别占镍、锰离子总摩尔数的0%、5%、10%以及15%时，将得到的产品分别对应标记为MnO
‑
Ni0@C、MnO
‑
Ni5@C、MnO
‑
Ni10@C以及MnO
‑
Ni15@C。
[0016]上述锂电池电极材料的制备方法法采用生物矿化结合冷冻干燥与碳化工艺制备出具有葡萄状结构的MnO
‑
Ni@C电极材料。MnO
‑
Ni@C电极材料的双碳层葡萄状结构与Ni金属单质共同作用，极大地缓解MnO循环过程中过巨大的体积膨胀与低导电率问题，同时成功克服了循环过程中容量变化问题。MnO
‑
Ni@C电极材料中Ni金属在循环过程中参与反应，从而为电机材料贡献部分容量，进而阻止了Mn
2+
向更高价态的氧化，进而获得稳定循环性能。
附图说明
[0017]图1为直接生物矿化法制备的MnO
‑
Ni0(a)、MnO
‑
Ni5(b)、MnO
‑
Ni10(c)以及MnO
‑
Ni15(d)的样品扫描图；图2为一个实施例中锂电池电极材料的制备方法制备的MCO3(M=Mn+Ni)琼脂前驱体的X射线衍射谱图(a)，以及含有5%、10%以及15%NiCO3前驱体的扫描图（b
‑
d）；图3为一个实施例中锂电池电极材料的制备方法制备的MnO
‑
Ni5@C（a，b）以及MnO
‑
Ni5@C（c，d）的扫描图；图4为一个实施例中在0.1A/g电流密度下电极材料的循环性能测试结果图：MnO@C与MnO
‑
Ni10@C（a），MnO
‑
Ni5@C（b），MnO
‑
Ni15@C（c）；1.0A/g电流密度下电极材料的循环性能测试：MnO@C以及MnO
‑
Ni10@C（d）。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0019]本专利技术揭示了一种锂电池电极材料的制备方法，该锂电池电极材料的制备方法包括如下步骤：S1、制备氧化石墨烯分散液。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备氧化石墨烯分散液；S2、制备MCO3(M=Mn+Ni)琼脂凝胶前驱体；S3、制备微米级葡萄状MnO
‑
Ni@C复合颗粒。2.根据权利要求1所述的锂电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：S11、将石墨烯0.15
‑
2.0g加入到装有300
‑
400mL去离子水的烧杯中，并超声至石墨烯分散均匀；S12、在分散液中加入68.2
‑
70μL水合肼（N2H4H2O）、1050μL氨水（NHH2O）；S13、将烧杯置于80
‑
95℃恒温水浴锅中保温1
‑
1.5小时。3.根据权利要求2所述的锂电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：S21、将一定量的MnCl2以及NiCl颗粒溶于500mL去离子水中配制出0.4M的MCl2（M=Mn+Ni）溶液；S22、根据石墨烯占MnO质量的0.3%、0.6%、0.9%以及1.2%计算石墨烯的用量，分散液的质量添加至四份MCl2（M=Mn+Ni）溶液中；S23、在每份配制好的溶液中加入6g琼脂粉，将溶液置于恒温加热磁力搅拌器，并将溶液边加热边搅拌至琼脂完全溶解且直至溶液沸腾；S24、将沸腾后的溶液置于通风处冷却至室温，溶液形成结构稳定的胶体态；S25、将200mL1.2M的碳酸氢铵溶液作为碳源加入到每份胶体态凝胶的上层，静止48小时，得到四种不同石墨烯含量的MCO3(M=Mn+Ni)琼脂凝胶前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，颜旺，石战辉，
申请(专利权)人：惠州市中源新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：