氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，本方法以Nafion溶液和醋酸锰溶液为主要原料，采用混合反应，而后高温碳化的方式制备，所述最终的氟掺杂碳包覆氧化锰中氧化锰的质量百分含量在30~50%。本发明专利技术还公开了上述氟掺杂碳包覆氧化锰用作锂离子电容器的电极材料。本发明专利技术作为电极材料能够更好地控制电极材料的体积效应，显著提高电容器的导电性能、充放电性能和循环性能。

Synthesis and application of fluorine doped carbon coated manganese oxide

The invention discloses a method for synthesizing fluorine doped carbon coated manganese oxide, the method using Nafion solution and manganese acetate solution as main raw materials, the mixed reaction, and the preparation method of high temperature carbonization, the final fluorine doped manganese oxide coated carbon manganese oxide in content in 30~50%. The present invention also discloses the fluorine doped carbon coated manganese oxide as the electrode material of lithium ion capacitor. As an electrode material, the present invention can better control the volume effect of electrode materials, and remarkably improve the conductivity, charge discharge performance and cycle performance of the capacitor.

【技术实现步骤摘要】
氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法及其应用
本专利技术涉及锂离子电容
，特别是涉及一种氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法及其应用。
技术介绍
锂离子电容器（LIC）可以说是锂离子充电电池（LIB）和双电层电容器（EDLC）的混合电容器，正极一般采用活性炭，负极一般采用石墨等材料。它比锂离子充电电池稳定，又超越了双电层电容器的电气性能，热致击穿及老化少，自放电也很少。锂离子电容器的特点是，有与双电层电容器EDLC相同的充电速度，而能量密度却高于EDLC。充电和放电的周期特性更佳，反复充电放电数万次，容量只减少百分之几。即使暂时短路也不会着火或爆炸，安全性很高。可以说，锂离子电容器的性能全面超过了双电层电容器。而电极是锂离子电容器的核心，电极的电化学性能决定了电容器的性能。随着锂离子电容器技术的发展，目前对于锂离子电容器的要求已经越来越高，需要其具备快速充电。耐高温等性能。而目前锂离子电容器一般采用石墨等材料作为负极，其电化学性能无法较好地满足上述需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法及其应用，采用本专利技术作为电极材料能够更好地控制电极材料的体积效应，显著提高电容器的导电性能、充放电性能和循环性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，本方法以Nafion溶液和醋酸锰溶液为主要原料，包括以下步骤：1），向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，用NaOH的异丙醇溶液调节pH为6.5~7.5，将所得混合液静置使其充分反应；2），将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧；3），将高温焙烧后的固体产物自然冷却到室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；所述最终的氟掺杂碳包覆氧化锰中氧化锰的质量百分含量在30~50%。在上述技术方案中，所述步骤1）中，搅拌时间在1h以上。在上述技术方案中，所述步骤1）中，所得混合液静置反应过程中，须检测溶液pH值，通过滴加NaOH的异丙醇溶液使混合液pH值始终保持在6.5~7.5。在上述技术方案中，所述混合液静置反应时间在8~12h。在上述技术方案中，所述步骤2）中反应液干燥温度为50~80℃，干燥时间在8h以上。在上述技术方案中，所述步骤2）中，高温焙烧采用5℃/min的升温速率升温到800℃以上焙烧，高温焙烧的焙烧时间在2.5h以上。在上述技术方案中，所述步骤3）中，自然冷却步骤须先将焙烧后的固体产物保温1h以上，然后冷却。本专利技术还提供了上述氟掺杂碳包覆氧化锰的应用，所述氟掺杂碳包覆氧化锰用作锂离子电容器的电极材料，所述氟掺杂碳包覆氧化锰优选用作锂离子电容器的负极材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用Nafion溶液和醋酸锰溶液为主要原料，通过混合反应、干燥、高温碳化等步骤得到氟掺杂碳包覆氧化锰，整个制备工艺工序简单，操作简便；同时，制得的氟掺杂碳包覆氧化锰，其晶粒颗粒均匀，碳包覆均匀、紧致；相对于现有技术使用传统的石墨或碳电极，采用本专利技术氟掺杂碳包覆氧化锰制备的电极能够更好地控制负极材料的体积效应，显著提高锂离子混合电容的导电性能、充放电性能和循环性能。附图说明图1为本专利技术氟掺杂碳包覆氧化锰的外观图；图2位本专利技术制备的电容器在不同电流下的充放电曲线图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施例作进一步的详细描述：氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，其特征在于：本方法以Nafion溶液和醋酸锰溶液为主要原料，包括以下步骤：1），向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，用NaOH的异丙醇溶液调节pH为6.5~7.5，将所得混合液静置使其充分反应；2），将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧；3），将高温焙烧后的固体产物自然冷却到室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；所述最终的氟掺杂碳包覆氧化锰中氧化锰的质量百分含量在30~50%。所述步骤1）中，搅拌时间优选控制在1h以上；所得混合液静置反应过程中，须检测溶液pH值，优选通过滴加NaOH的异丙醇溶液的方式使混合液pH值始终保持在6.5~7.5；所述混合液静置反应时间优选控制在8~12h。所述步骤2）中反应液干燥温度优选控制在50~80℃，干燥时间优选控制在8h以上；所述步骤2）中，高温焙烧优选采用5℃/min的升温速率升温到800℃以上焙烧；所述步骤2）中，高温焙烧的焙烧时间优选控制在2.5h以上。所述步骤3）中，自然冷却优选采用以下步骤：先将焙烧后的固体产物保温1h以上，然后冷却至室温。实施例11）取适量Nafion溶液，向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，搅拌1h，用NaOH的异丙醇溶液调节pH值为6.5，将所得混合液静置8h使其充分反应；2）将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧，干燥温度控制在50℃，干燥时间控制在8h，高温焙烧采用5℃/min的升温速率升温到800℃，焙烧2.5h；3）将高温焙烧后的固体产物保温1h，然后自然冷却至室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；Nafion和醋酸锰的用量须保证最终的产品中氧化锰的质量百分含量在30%。经目测，本实施例的氟掺杂碳包覆氧化锰晶粒大小均匀，碳包覆均匀。实施例21）取适量Nafion溶液，向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，搅拌1.5h，用NaOH的异丙醇溶液调节pH值为6.8，将所得混合液静置9h使其充分反应；2）将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧，干燥温度控制在60℃，干燥时间控制在10h，高温焙烧采用5℃/min的升温速率升温到850℃，焙烧3h；3）将高温焙烧后的固体产物保温1.5h，然后自然冷却至室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；Nafion和醋酸锰的用量须保证最终的产品中氧化锰的质量百分含量在35%。经目测，本实施例的氟掺杂碳包覆氧化锰晶粒大小均匀，碳包覆均匀。实施例31）取适量Nafion溶液，向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，搅拌2h，用NaOH的异丙醇溶液调节pH值为7，将所得混合液静置10h使其充分反应；2）将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧，干燥温度控制在70℃，干燥时间控制在9h，高温焙烧采用5℃/min的升温速率升温到850℃，焙烧3.5h；3）将高温焙烧后的固体产物保温2.5h，然后自然冷却至室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；Nafion和醋酸锰的用量须保证最终的产品中氧化锰的质量百分含量在40%。经目测，本实施例的氟掺杂碳包覆氧化锰晶粒大小均匀，碳包覆均匀。实施例41）取适量Nafion溶液，向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，搅拌3h，用NaOH的异丙醇溶液调节pH值为7.2，将所得混合液静置12h使其充分反应；2）将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧，干燥温度控制在80℃，干燥时间控制在12h，高温焙烧采用5℃/min的升温速率升温到900℃，焙烧4h；3）将高温焙烧后的固体产物保温2.5h，然后自然冷却至室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；Nafion和醋酸锰的用量须保证最终的产品中氧化锰的质量百分含量在45%。经目测，本实施例的氟掺杂碳包覆氧化锰晶粒大小均匀，碳包覆均匀。实施例51）取适量Nafion溶液，向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，其特征在于：本方法以Nafion溶液和醋酸锰溶液为主要原料，包括以下步骤：1），向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，用NaOH的异丙醇溶液调节pH为6.5~7.5，将所得混合液静置使其充分反应；2），将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧；3），将高温焙烧后的固体产物自然冷却到室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；所述最终的氟掺杂碳包覆氧化锰中氧化锰的质量百分含量在30~50%。

【技术特征摘要】
1.一种氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，其特征在于：本方法以Nafion溶液和醋酸锰溶液为主要原料，包括以下步骤：1），向Nafion溶液中缓慢滴加醋酸锰溶液并搅拌，用NaOH的异丙醇溶液调节pH为6.5~7.5，将所得混合液静置使其充分反应；2），将反应液干燥，得到固体产物，将所得固体产物高温焙烧；3），将高温焙烧后的固体产物自然冷却到室温得到氟掺杂碳包覆氧化锰；所述最终的氟掺杂碳包覆氧化锰中氧化锰的质量百分含量在30~50%。2.根据权利要求1所述的氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，其特征在于：所述步骤1）中，搅拌时间在1h以上。3.根据权利要求1所述的氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，其特征在于：所述步骤1）中，所得混合液静置反应过程中，须检测溶液pH值，通过滴加NaOH的异丙醇溶液使混合液pH值始终保持在6.5~7.5。4.根据权利要求1所述的氟掺杂碳包覆氧化锰的合成方法，其特征在于：所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻涛，聂振耘，
申请(专利权)人：武汉纽赛儿科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42