一种片状α相硫化锰锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片状α相硫化锰锂离子电池负极材料的制备方法，其具体步骤为：将四水合氯化锰和硫代乙酰胺溶于水中，搅拌混合均匀形成透明溶液；将得到的透明溶液置于聚四氟乙烯内衬并放入反应釜中，密封后置于干燥箱中于210℃水热反应16

【技术实现步骤摘要】
一种片状
α
相硫化锰锂离子电池负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料的制备
，具体涉及一种片状α相硫化锰锂离子电池负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]化石能源的消耗殆尽以及造成的环境问题推动了新型绿色可持续储能设备的发展。如今，锂离子电池已经惠及大众生活的很多方面，近些年国内大力发展新能源汽车再次促进了锂离子电池技术的进步。传统的锂离子电池负极材料为石墨，但是其理论容量相对较低，因此开发高比容量的负极材料迫在眉睫。其中，过渡金属硫化物因具有高的理论容量、高的电导率以及有良好的热稳定性和更低的价格成本引起了人们的广泛兴趣。
[0003]硫化锰（MnS）是一种重要的过渡金属硫化物，具有岩盐（α）、闪锌矿（β）和纤锌矿（γ）三种晶型结构，三者中α相结构在室温下最稳定，且具有最高（616mAh/g）的理论容量，是一种具有竞争力的电池负极材料，在能源存储以及电动汽车领域有很好的发展前景，对于满足大众对于能源市场的需求，开发高容量和长寿命的锂离子电池有很重要的意义。在众多合成工艺中，水热法是一种比较简单的方法，不需要高温处理，不需要额外的活性剂等添加物，能够有效避免粉体团聚，得到分散性和结晶性良好的粉体材料。本专利技术首次通过水热法制备了片状结构的α相MnS电极材料，研究发现其作为锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能，目前尚没有该方面的相关报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供了一种片状α相硫化锰锂离子电池负极材料的制备方法，该方法通过简单的水热法制得了片状形貌的MnS电极材料，并进一步证明了片状形貌的α相MnS电极材料作为锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种片状α相硫化锰锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将四水合氯化锰（MnCl2·
4H2O）和硫代乙酰胺（CH3CSNH2）溶于水中，搅拌混合均匀形成透明溶液；步骤S2：将步骤S1得到的透明溶液置于聚四氟乙烯内衬并放入反应釜中，密封后置于干燥箱中于210℃水热反应16
‑
32h；步骤S3：将步骤S2反应后的产物取出并通过去离子水和无水乙醇洗涤三遍，然后干燥得到绿色的α相硫化锰粉末，该α相硫化锰粉末呈现纳米片状结构，且纳米片呈现相互交织的状态，将该α相硫化锰粉末作为负极活性材料组装的锂离子电池能够有效提升锂离子电池的倍率性能和循环稳定性能。
[0006]进一步限定，步骤S1中所述四水合氯化锰与硫代乙酰胺的投料摩尔比为1:1。
[0007]本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本专利技术首次合成了片状α相硫化锰粉体，实验过程通过对水热时间的调控可以实现对粉体形貌的控制，进而能够提升其
电化学性能。本方法成本低，方法简单，实验过程不需要添加额外的物质，减少了对环境的污染。
附图说明
[0008]图1是本专利技术实施例1
‑
2及对比例1
‑
2制备的硫化锰粉末的X射线衍射图。
[0009]图2是本专利技术对比例3
‑
4制备的硫化锰粉末的X射线衍射图。
[0010]图3是本专利技术实施例1
‑
2及对比例1
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2不同水热时间（a）4h、（b）16h、（c）32h、（d）48h制备的α相硫化锰粉末的SEM形貌照片。
[0011]图4是本专利技术实施例1
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2及对比例1
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2制得的α相硫化锰粉末装配锂离子电池后在500mA/g的电流密度下（a）恒电流充放电图、（c）循环性能图以及（b）不同电流密度下的倍率图。
具体实施方式
[0012]以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0013]实施例1将0.9895g四水合氯化锰（MnCl2·
4H2O）和0.3756g硫代乙酰胺（CH3CSNH2）溶于35mL水中，搅拌12h形成透明溶液，放入聚四氟乙烯内衬，将聚四氟乙烯内衬放入反应釜，密封后置于干燥箱中，于210℃反应16h，将产物取出后通过去离子水和无水乙醇洗涤三遍，然后于60℃干燥12h得到绿色的α相硫化锰粉末，洗涤干燥后其八面体结构被破坏形成少量的片状结构。将制备的α相硫化锰粉末作为负极活性材料（制备负极材料研磨时加入α相硫化锰粉末、聚偏二氟乙烯和碳黑的质量比为8:1:1，以下同上）组装成锂离子半电池，在500mA/g电流密度下，其放电比容量为340mAh/g。
[0014]实施例2其它条件同实施例1，水热反应温度为210
°
C，反应时间32h，洗涤干燥后观察其SEM图发现片状结构增多，大部分八面体结构转变为片状结构，片状结构有很大的比表面积，可以削减材料的欧姆极化，同时片状结构可以缩短锂离子在材料内部迁移时的扩散距离，有助于提升材料的倍率等电化学性能。将制备的α相硫化锰粉末作为负极活性材料组装成锂离子半电池，在500mA/g电流密度下，其放电比容量为428mAh/g。
[0015]对比例1其它条件同实施例1，水热反应温度为210
°
C，反应时间4h，洗涤干燥后得到α相硫化锰粉末，并且从SEM图中看出在八面体结构上开始生长片状结构。将制备的α相硫化锰粉末作为负极活性材料组装成锂离子半电池，在500mA/g电流密度下，其放电比容量为299mAh/g。
[0016]对比例2其它条件同实施例1，水热反应温度为210
°
C，反应时间48h，洗涤干燥后得到α相硫化锰粉末，观察其SEM图发现片状结构消失，可能是时间过久导致晶体过度生长，原本的片状结构又发生了团聚，导致片状结构消失。将制备的α相硫化锰粉末作为负极活性材料组装
成锂离子半电池，在500mA/g电流密度下，其放电比容量为227mAh/g。
[0017]对比例3其它条件同实施例1，水热反应温度为200
°
C，反应时间4h，洗涤干燥后得到硫化锰粉末，测得其XRD图发现存在MnS2的杂相。
[0018]对比例4其它条件同实施例1，水热反应温度为220
°
C，反应时间4h，洗涤干燥后得到硫化锰粉末，测得其XRD图同样发现有MnS2的杂相。
[0019]以上实施例描述了本专利技术的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术原理的范围下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本专利技术保护的范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片状α相硫化锰锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将四水合氯化锰和硫代乙酰胺溶于水中，搅拌混合均匀形成透明溶液；步骤S2：将步骤S1得到的透明溶液置于聚四氟乙烯内衬并放入反应釜中，密封后置于干燥箱中于210℃水热反应16
‑
32h；步骤S3：将步骤S2反应后的产物取出并通过去离子水和无水乙醇洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟海法，刘哲宏，赵豫鸽，张萌，王志涛，刘海瑞，杨纪恩，王公轲，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：