碳基锰氧化物复合材料、制备方法、电极片及电容器技术

一种碳基锰氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：将活化的碳纳米管和氧化石墨烯分散在有机溶剂中得到分散液；将锰源加入所述分散液中形成第一混合溶液，加热所述第一混合溶液；将氧化剂加入所述加热后的第一混合溶液中形成第二混合溶液，加热所述第二混合溶液以得到预产物；以及将所述预产物进行洗涤、干燥，得到所述碳基锰氧化物复合材料。本发明专利技术所提供的碳基锰氧化物复合材料的制备方法通过活化的碳纳米管，与氧化石墨烯和金属氧化物的复合所制备的材料具有较稳定的三维网络的结构，本发明专利技术所制备的碳基锰氧化物复合材料作为电容器电极材料具有较高的比容量，较大的功率密度，较强的循环稳定性以及较高的容量保持率。

【技术实现步骤摘要】
碳基锰氧化物复合材料、制备方法、电极片及电容器
本专利技术涉及储能领域，尤其涉及一种电容器的材料及其制备方法。
技术介绍
能量的储存是发展新能源的必要条件，其中电容器作为一种很具有潜力的电化学储能器件而逐渐受到社会的关注。电容器具有安全性能高、寿命长、可快速充放电等优异的特征，实现电容器快速充放电的性能需要电容器具有较大的功率密度，才能满足电容器的此项特性。在当前研究中，碳基材料、金属氧化物的资源丰富、价格低廉以及良好的电化学性能而成为研究热点，然而石墨烯材料作为碳基材料具有较大的理论比表面积，但实际能被利用的有效面积却很少；此外锰氧化物由于快速的充放电容易导致结构的坍塌，从而导致容量的衰减。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种碳基锰氧化物复合材料的制备方法，以解决上述问题。另，还有必要提供一种由上述制备方法制得的碳基锰氧化物复合材料。另，还有必要提供一种包括所述碳基锰氧化物复合材料的电极片及电容器。一种碳基锰氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：将活化的碳纳米管和氧化石墨烯分散在有机溶剂中得到分散液；将锰源加入所述分散液中形成第一混合溶液，加热所述第一混合溶液；将氧化剂加入所述加热后的第一混合溶液中形成第二混合溶液，加热所述第二混合溶液以得到预产物；以及将所述预产物进行洗涤、干燥，得到所述碳基锰氧化物复合材料。进一步地，所述活化的碳纳米管包括羟基化的碳纳米管和氨基化的碳纳米管的至少一种。进一步地，制备羟基化的碳纳米管包括以下步骤：提供碳纳米管，将所述碳纳米管加入强酸中加热；以及洗涤、干燥，得到所述羟基化的碳纳米管。进一步地，所述强酸为浓硫酸、浓硝酸以及浓盐酸中的一种或多种。进一步地，制备羟基化的碳纳米管包括以下步骤：将羟基化的碳纳米管分散在有机溶剂中，然后加入氯化剂后得到混合液，加热；将上述加热后的混合液加入含氨基的还原剂，继续加热；以及将上述加入含氨基的还原剂后加热的混合液冷却、洗涤、干燥，得到所述氨基化的碳纳米管。进一步地，所述氯化剂为氯化氢、氯化亚砜、氯化磷以及磺酰氯中的至少一种。进一步地，所述第一混合溶液中还包括表面活性剂，所述加热第一混合溶液的温度为60-100℃。一种碳基锰氧化物复合材料，所述碳基锰氧化物复合材料包括活化的碳纳米管、氧化石墨烯和氧化锰，所述活化的碳纳米管分散于所述氧化石墨烯的表面，所述活化的碳纳米管、氧化石墨烯和氧化锰之间为物理结合和化学结合中的至少一种，所述碳基锰氧化物复合材料具有三维网状的结构。一种电极片，包括所述碳基锰氧化物复合材料，还包括粘结剂、导电剂及集流体，所述碳基锰氧化物复合材料、粘结剂、导电剂均匀混合后涂覆在所述集流体上。一种电容器，包括所述电极片。本专利技术所提供的碳基锰氧化物复合材料的制备方法通过活化的碳纳米管，与氧化石墨烯和金属氧化物的复合所制备的材料具有较稳定的三维网络的结构，本专利技术所制备的碳基锰氧化物复合材料作为电容器电极材料具有较高的比容量，较大的功率密度，较强的循环稳定性以及较高的容量保持率。附图说明图1为本专利技术实施例碳基锰氧化物复合材料的制备流程图。图2为本专利技术实施例1所制备的碳基锰氧化物复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图。图3A和图3B分别为本专利技术实施例1所制备的碳基锰氧化物复合材料用作电极材料在扫描速度为5mV/s和100mV/s进行CV测试结果图。图4A和图4B为本专利技术实施例1所制备的碳基锰氧化物复合材料用作电极材料在电流密度为0.5A/g和1A/g时进行恒电流充放电测试结果图。图5为本专利技术实施例1所制备的碳基锰氧化物复合材料用作电极材料进行循环稳定性测试结果图。图6A和图6B分别为本专利技术实施例2所制备的碳基锰氧化物复合材料用作电极材料在电流密度为0.5A/g和1A/g时进行恒电流充放电测试结果。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本专利技术所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。参阅图1，本专利技术提供了一种碳基锰氧化物复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1.取一活化的碳纳米管和氧化石墨烯分散在有机溶剂中得到分散液；S2.将锰源加入所述分散液中得到第一混合溶液，加热所述第一混合溶液；S3.将氧化剂加入所述加热后的第一混合溶液中以得到第二混合溶液，加热所述第二混合溶液以使所述氧化剂将锰源中的锰元素氧化成氧化锰，从而得到预产物；S4.将所述预产物进行洗涤、干燥，得到碳基锰氧化物复合材料。在步骤S1中，所述活化的碳纳米管包括羟基化的碳纳米管和氨基化的碳纳米管，所述活化的碳纳米管与氧化石墨烯可按任意比例混合。具体地，制备羟基化的碳纳米管包括以下步骤：取一碳纳米管，加入强酸中加热，例如浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸中的一种或多种，优选地为浓硫酸与浓硝酸的混合液，由于强酸的浓溶液具有强氧化性，将碳纳米管在强酸的浓溶液中加热处理，可以在碳纳米管表面接上羟基、羧基等含氧性基团，这样增加了碳纳米管在溶剂中的分散性和结合性；洗涤、干燥所述经过强酸加热处理的碳纳米管，得到羟基化的碳纳米管。制备氨基化的碳纳米管包括以下步骤：将羟基化的碳纳米管分散在有机溶剂中，然后加入氯化剂后得到混合液，加热，所述氯化剂的作用是与羟基化的碳纳米管上的羟基官能团进行反应生成相应的氯的取代物；将上述加热后的混合液加入含氨基的还原剂，继续加热，所述还原剂的作用是利用还原剂的氨基取代碳纳米管上的氯，得到氨基化的碳纳米管；将上述加入含氨基的还原剂后加热的混合液冷却、洗涤、干燥，得到氨基化的碳纳米管。进一步地，所述氯化物可以为氯化氢、氯化亚砜、氯化磷、磺酰氯等。在步骤S1中，由于活化的碳纳米管和氧化石墨烯表面具有多种极性官能团，因此较易分散在有机溶剂中，组成稳定的分散液。所述有机溶剂包括，但并不限于，乙醇、N-N二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)等。在步骤S2中，还包括加入表面活性剂的步骤，所述表面活性剂包括，但并不限于，十二烷基硫酸钠、β-环糊精、十八烷基硫酸钠等，所述表面活性剂的作用是减小活化的碳纳米管和氧化石墨烯的表面张力，阻止活化的碳纳米管和氧化石墨烯团聚，使其在有机溶剂中形成均一、稳定的分散状态。在步骤S2中，所述锰源为硝酸锰、硫酸锰、氯化锰等中的至少一种，所述第一混合溶液的加热的温度为60-100℃。在步骤S3中，所述氧化剂优选为强氧化剂，所述强氧化剂包括，但并不限于，高锰酸钾、过氧化物、氯酸盐、过硫酸盐等，所述强氧化剂的作用是将锰源中的锰氧化成锰氧化物；所述第二混合溶液的加热温度为60-100℃。在步骤S4中，将所述预产物经过去离子水和/或乙醇清洗后，置入烘箱中干燥，干燥的温度为60-120℃。本专利技术实施例还提供一种由上述制备方法制得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳基锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将活化的碳纳米管和氧化石墨烯分散在有机溶剂中得到分散液；将锰源加入所述分散液中形成第一混合溶液，加热所述第一混合溶液；将氧化剂加入所述加热后的第一混合溶液中形成第二混合溶液，加热所述第二混合溶液以得到预产物；以及将所述预产物进行洗涤、干燥，得到所述碳基锰氧化物复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳基锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将活化的碳纳米管和氧化石墨烯分散在有机溶剂中得到分散液；将锰源加入所述分散液中形成第一混合溶液，加热所述第一混合溶液；将氧化剂加入所述加热后的第一混合溶液中形成第二混合溶液，加热所述第二混合溶液以得到预产物；以及将所述预产物进行洗涤、干燥，得到所述碳基锰氧化物复合材料。2.根据权利要求1所述的碳基锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，所述活化的碳纳米管包括羟基化的碳纳米管和氨基化的碳纳米管的至少一种。3.根据权利要求2所述的碳基锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，制备羟基化的碳纳米管包括以下步骤：提供碳纳米管，将所述碳纳米管加入强酸中加热；以及洗涤、干燥，得到所述羟基化的碳纳米管。4.根据权利要求3所述的碳基锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，所述强酸为浓硫酸、浓硝酸以及浓盐酸中的一种或多种。5.根据权利要求2所述的碳基锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，制备氨基化的碳纳米管包括以下步骤：将羟基化的碳纳米管分散在有机溶剂中，然后加入氯化剂后...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀满林，付晓宇，张亮，田勇，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44