一种负载MnO的石墨化中间相碳微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载MnO的石墨化中间相碳微球及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：S1、将锰盐溶于乙醇水溶液中，得到锰盐溶液；S2、将表面氧化的石墨化中间相碳微球与锰盐溶液混合搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将碳酸氢盐水溶液加入所述悬浮液中搅拌均匀，然后陈化，离心，将得到的沉淀清洗，烘干，得到前驱体；S4、将所述前驱体在惰性气氛下煅烧，冷却后即得。本发明专利技术制得的材料能够保持球形形貌，且具有紧密堆积性能，不仅具有良好的倍率性能，而且比容量得到大幅度提升，用作锂离子电池负极材料，可以提高锂离子电池的能量密度和循环性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种负载MnO的石墨化中间相碳微球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子负极材料
，尤其涉及一种负载MnO的石墨化中间相碳微球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石墨化中间相碳微球是性能优异的锂离子负极材料，具有紧密堆积密度，高导电性，因此作为锂离子电池负极材料，锂离子电池具有高的能量密度和倍率以及循环性能。但随着人们对于锂离子电池的能量密度性能要求越来越高，传统的石墨负极材料受限于其较低的理论比容量(372mAh)已经越来越不能满足需求，因此，开发新的负极材料是人们关注的重点。过渡金属氧化物作为负极材料具有高的理论比容量，但存在一个较大的缺陷，在充放电过程会产生体积膨胀，粉化，导致循环性能较差。将石墨负极材料与过渡金属氧化物复合作为负极材料可以有效解决这个问题。然而，石墨表面光滑，较难负载金属氧化物。

技术实现思路

[0003]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种负载MnO的石墨化中间相碳微球及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术提出的一种负载MnO的石墨化中间相碳微球的制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1、将锰盐溶于乙醇水溶液中，得到锰盐溶液；
[0006]S2、将表面氧化的石墨化中间相碳微球与锰盐溶液混合搅拌均匀，得到悬浮液；
[0007]S3、将碳酸氢盐水溶液加入所述悬浮液中搅拌均匀，然后陈化，离心，将得到的沉淀清洗，烘干，得到前驱体；
[0008]S4、将所述前驱体在惰性气氛下煅烧，冷却后即得。/>[0009]优选地，所述表面氧化的石墨化中间相碳微球与锰盐的质量比为1:(0.003～0.05)。
[0010]优选地，所述碳酸氢盐与锰盐的质量比为(10～20)：1。
[0011]优选地，所述锰盐溶液中，锰盐的浓度为0.02～0.1g/L；优选地，所述锰盐为硫酸锰。
[0012]优选地，所述碳酸氢盐水溶液的浓度为0.2～1g/L；优选地，所述碳酸氢盐为碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种。
[0013]优选地，所述乙醇水溶液是由去离子水和无水乙醇按体积比1：(0.5～2)混合得到。
[0014]优选地，所述步骤S4中，煅烧的具体方法为：先以1～10℃/min的升温速率从室温升温至400～650℃，保温60～180min。
[0015]优选地，所述步骤S3中，搅拌时间为2～5h，陈化时间为4～8h。
[0016]优选地，所述步骤S4中，惰性气氛为氩气、氮气、氦气中的至少一种。
[0017]其中，表面氧化的石墨化中间相碳微球可以采用常规的石墨化中间相碳微球表面
氧化方法制备得到。
[0018]优选地，所述表面氧化的石墨化中间相碳微球制备方法如下：
[0019]在冰浴下，向200mL质量分数为98％的浓硫酸中加入10g石墨化中间相碳微球，然后依次加入2.5g硝酸钠和10g高锰酸钾，搅拌反应1～3h；将反应温度升至30～45℃，继续搅拌反应1～3h；然后在搅拌下加入400mL 85～90℃的去离子水，将反应温度升至85～90℃，然后加入150mL质量浓度为5～10％的过氧化氢溶液，继续搅拌反应3～6h；将得到的产物洗涤、烘干，即得表面氧化的石墨化中间相碳微球。
[0020]一种负载MnO的石墨化中间相碳微球，由所述制备方法制得。
[0021]一种所述的负载MnO的石墨化中间相碳微球用作锂离子电池负极材料的应用。
[0022]本专利技术的有益效果如下：用本方法制备的负载MnO的石墨化中间碳微球，石墨化中间相碳微球为MnO提供了高的导电率。两者的结构稳定和的协同效应，使得MnO不仅具有较高的导电性，而且抑制了其在循环过程中材料的体积效应，体现了复合材料的循环稳定性。使复合材料具有良好的电化学性能。
[0023]本专利技术先将表面氧化的石墨化中间相碳微球与在锰盐和碳酸氢根溶液中搅拌，使锰离子和碳酸氢根离子在表面氧化的石墨化中间相碳微球的表面反应，得到前驱体，再在惰性保护气氛下高温热处理，得到表面负载MnO的石墨化中间相碳微球。其中，通过对石墨化中间相碳微球进行表面氧化预处理，将得到的表面氧化的石墨化中间相碳微球进行负载，以及选择合适的反应条件，可以在不改变石墨化中间相碳微球结构的前提下，在其表面负载形貌可控、均一度高的MnO，石墨化中间相碳微球和MnO之间能起到很好的协同作用，降低了MnO在充放电过程中的体积膨胀，使复合材料具有高导电率，同时提高了复合材料的比容量。本专利技术制得的负载MnO的石墨化中间相碳微球能够保持球形形貌，且具有紧密堆积性能，不仅具有良好的倍率性能，而且材料的比容量得到大幅度提升，首次放电比容量可达到700mAh以上，超过石墨的理论比容量372mAh。本专利技术制得的负载MnO的石墨化中间相碳微球用作锂离子电池负极材料，可以提高锂离子电池的能量密度和循环性能。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1制得的负载MnO的石墨化中间相碳微球的SEM图；
[0025]图2为本专利技术实施例2制得的负载MnO的石墨化中间相碳微球的SEM图；
[0026]图3为本专利技术实施例3制得的负载MnO的石墨化中间相碳微球的SEM图；
[0027]图4为本专利技术实施例1制得的负载MnO的石墨化中间相碳微球的XRD图；
[0028]图5为本专利技术实施例1制得的负载MnO的石墨化中间相碳微球作为负极活性物质制成的扣式电池的CV图。
具体实施方式
[0029]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0030]实施例1
[0031]一种负载MnO的石墨化中间相碳微球的制备方法，包括以下步骤：
[0032]S1、将0.01g硫酸锰溶于乙醇水溶液(按体积比计，去离子水：无水乙醇＝1:1)中，得到浓度为0.02g/L的硫酸锰溶液；
[0033]S2、将2g表面氧化的石墨化中间相碳微球与硫酸锰溶液混合搅拌均匀，得到悬浮液；
[0034]S3、将0.1g碳酸氢铵溶于水中得到浓度为0.2g/L的碳酸氢铵水溶液，加入悬浮液中，搅拌3h，然后陈化5h，离心，将得到的沉淀清洗，烘干，得到前驱体；
[0035]S4、将前驱体在氩气气氛下，先以2℃/min的升温速率从室温升温至450℃，保温120min，再自然冷却至室温，即得。
[0036]实施例2
[0037]一种负载MnO的石墨化中间相碳微球的制备方法，包括以下步骤：
[0038]S1、将0.02g硫酸锰溶于乙醇水溶液(按体积比计，去离子水：无水乙醇＝1:1)中，得到浓度为0.04g/L的硫酸锰溶液；
[0039]S2、将3g表面氧化的石墨化中间相碳微球与硫酸锰溶液混合搅拌均匀，得到悬浮液；
[0040]S3、将0.2g碳酸氢铵溶于水中得到浓度为0.4g/L的碳酸氢铵水溶液，加入悬浮液中，搅拌3h，然后陈化6h，离心，将得到的沉淀清洗，烘干，得到前驱体；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载MnO的石墨化中间相碳微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将锰盐溶于乙醇水溶液中，得到锰盐溶液；S2、将表面氧化的石墨化中间相碳微球与锰盐溶液混合搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将碳酸氢盐水溶液加入所述悬浮液中搅拌均匀，然后陈化，离心，将得到的沉淀清洗，烘干，得到前驱体；S4、将所述前驱体在惰性气氛下煅烧，冷却后即得。2.根据权利要求1所述的负载MnO的石墨化中间相碳微球的制备方法，其特征在于，所述表面氧化的石墨化中间相碳微球与锰盐的质量比为1:(0.003～0.05)，所述碳酸氢盐与锰盐的质量比为(10～20)：1。3.根据权利要求1或2所述的负载MnO的石墨化中间相碳微球的制备方法，其特征在于，所述锰盐溶液中，锰盐的浓度为0.02～0.1g/L；优选地，所述锰盐为硫酸锰。4.根据权利要求1～3任一项所述的负载MnO的石墨化中间相碳微球的制备方法，其特征在于，所述碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙超，耿斌，马振，李庆余，崔李三，周德清，
申请(专利权)人：安徽益佳通电池有限公司，
类型：发明
国别省市：