一种Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备及其电化学性能的测试方法技术

本发明专利技术属于复合材料制备技术领域，公开了一种Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备及其电化学性能的测试方法，将KOH和NaOH用去离子水溶解，配成溶液A；将0.5mol/L的CH3COONa溶液倒入1.0mol/L的Mn(CH3COO)2溶液中配成溶液B；将溶液A逐滴加入溶液B；滴加完成后，将混合后的溶液转移到高压釜内，在180℃条件下反应24h，自然冷却至室温后将产物离心分离；将分离后的物质放入管式炉中烘干，空气气氛下500℃煅烧5h，自然冷却即可。本发明专利技术通过对材料的结构和形貌进行表征，及对材料进行电化学性能测试，可知该复合材料具有良好的稳定性和优秀的倍率性及循环性能。

Preparation of a Na2Mn8O16/Mn2O3 Composite and Test Method for Its Electrochemical Properties

The invention belongs to the field of composite material preparation technology, and discloses a method for preparing Na2Mn8O16/Mn2O3 composite material and testing its electrochemical performance. KOH and NaOH are dissolved in deionized water to form solution A, 0.5mol/L CH3COONa solution is poured into 1.0mol/L Mn (CH3COO) 2 solution to form solution B, solution A is added drop by drop, and the mixed solution is transferred after dropping. The product is centrifugally separated after natural cooling to room temperature. The separated material is dried in a tubular oven and calcined at 500 for 5 h in air atmosphere, and then cooled naturally. By characterizing the structure and morphology of the material and testing the electrochemical performance of the material, the composite material has good stability, excellent ratio and cyclic performance.

【技术实现步骤摘要】
一种Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备及其电化学性能的测试方法
本专利技术属于复合材料制备
，尤其涉及一种Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备及其电化学性能的测试方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：过渡金属氧化物由于其独特的电化学性能常常被用来作为超级电容器的电极活性物质。其中过渡金属氧化物中的锰氧化物(MnxOy)具有低成本、氧化价态可变、优异的循环性能和较高的电容量而受到广泛的研究。Mn的氧化物形式有很多，如：MnO2，Mn2O3，Mn3O4等，其中MnO2的应用最多。采用共沉淀的方法可以制备MnO2纳米粒子，采用水热法可以制备Mn2O3纳米粒子，还有一些研究表明，在Mn2O3材料中掺杂碳材料可以提高复合材料的电容量。锰氧化物在钠离子电池中应用时，一般都会以锰酸钠材料的形式(NaMnO2)。锰酸钠常见的制备方法一般有固相法、水热法、溶胶凝胶法等。而另外一种新型的Na2Mn8O16材料也具有电化学活性，可以作为电容器和钠离子电池的电极材料，现有的技术中可以通过高温煅烧法制备Na2Mn8O16，文献中先是按照摩尔比1:8将碳酸钠和二氧化锰溶解在蒸馏水中，常温下搅拌12h，然后在70℃温度下将溶液蒸干，接着在750℃温度下煅烧36h，得到最终产物。此种方法比较繁琐，而且时间周期较长，同时MnO2不溶于水，所以配制的溶液分散性不好。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术中Na2Mn8O16材料的合成温度比较高，而且反应的时间周期也太长，浪费了大量的电能和时间。(2)现有技术中Na2Mn8O16材料的合成步骤比较繁琐，前处理过程需要很长时间，而且采用的方法是在70℃温度下将溶液蒸干，这个方法浪费时间和能源，不能规模化生产。(3)现有技术中Na2Mn8O16材料的合成采用MnO2作为原材料，因为MnO2不溶于水，所以配制的溶液分散性不好，不能将离子在原子尺度上分散均匀，对后续的Na2Mn8O16材料的合成造成很大的影响。(4)现有技术Na2Mn8O16材料的合成所得产品成分单一，同时，由于是高温煅烧，所得材料的颗粒比较粗大，比电容不高。解决上述技术问题的难度和意义：综上所述，要解决现有技术中Na2Mn8O16材料的合成的缺点，需要更换原材料，专利技术新的合成方法，本文通过水热法和后续热处理的方法可以制备Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料。解决了现有技术中的缺点，而且在制备过程中由于两种方法协同作用，可以制备出具有高比容量的复合材料，具有双金属氧化还原反应产生的赝电容的特点。与现有技术相比，此方法可以缩短制备的时间周期，而且煅烧的温度更低，同时采用的醋酸锰作为原料，可以溶于蒸馏水形成水溶液，溶液之间的反应可以使材料的分散性和均一性更好。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备及其电化学性能的测试方法。本专利技术是这样实现的，一种具有出色倍率性能的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备方法为：步骤一：将3.00gKOH和1.50gNaOH用20mL去离子水溶解，配成溶液A；步骤二：将5mL0.5mol/L的CH3COONa溶液倒入5mL1.0mol/L的Mn(CH3COO)2溶液中配成溶液B；步骤三：在搅拌条件下，将溶液A逐滴加入溶液B；步骤四：滴加完成后，将混合后的溶液转移到高压釜内，在180℃条件下反应24h，自然冷却至室温后将产物离心分离；步骤五：将分离后的物质放入管式炉中烘干，空气气氛下500℃煅烧5h，自然冷却即可。进一步，所述Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的结构和形貌采用XRD和SEM进行表征，XRD测试采用EmpyreanX-射线衍射仪，管压40kV，管流40mA，Cu靶Kα射线λ＝0.15406nm；SEM测试采用JSM-6360LV扫描电子显微镜，加速电压25kV。本专利技术的另一目的在于提供Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的电化学性能的测试方法，该方法为：步骤一：以制备的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料作为正极活性物质，乙炔黑作为导电剂，PTFE作为粘结剂，按照质量比8:1:1的比例混合均匀，制成正极电极片；步骤二：以电容活性炭作为负极活性物质，乙炔黑作为导电剂，PTFE作为粘结剂，同样按照质量比8:1:1的比例混合均匀，制成负极电极片，饱和KNO3溶液作为电解液，组装成扣式模拟电池；步骤三：采用LANHE电池测试系统测定所制备的扣式电池，电化学工作站测定循环伏安曲线和材料在充放电前后的交流阻抗。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：现有的技术中可以通过高温煅烧法制备Na2Mn8O16，先是按照摩尔比1:8将碳酸钠和二氧化锰溶解在蒸馏水中，常温下搅拌12h，然后在70℃温度下将溶液蒸干，接着在750℃温度下煅烧36h，得到最终产物。此种方法比较繁琐，而且时间周期较长，同时MnO2不溶于水，所以配制的溶液分散性不好。本专利技术用醋酸锰代替了二氧化锰作为原料，通过水热和煅烧相结合的方法缩短了反应的周期，而且煅烧的温度更低。本专利技术以三水醋酸钠和四水醋酸锰为原料，以氢氧化钾和氢氧化钠为原料来调控碱性环境，先后通过水热合成和高温煅烧的方法制备了Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料，通过对材料的结构和形貌进行表征，及对材料进行电化学性能测试，可知该复合材料具有良好的稳定性和优秀的倍率性及循环性能。在0.1A/g、0.2A/g、0.4A/g、0.8A/g、1.0A/g、2.0A/g、4.0A/g电流密度下的放电比容量分别为126.5F/g、110.3F/g、95.2F/g、86.6F/g、83.6F/g、74.1F/g、61.8F/g。附图说明图1是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的电化学性能的测试方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的XRD图；图4是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的SEM图；图5是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线；图6是本专利技术实施例提供的不同扫描速率下CV曲线的比容量示意图；图7是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料在不同充放电电流密度下的首次充放电曲线图；图8是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料在不同电流密度下的放电比容量图；图9是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料在不同电流密度下的充放电循环图；图10(a)是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料在0.2A/g电流密度下循环900次的比容量和效率图；图10(b)是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料在0.8A/g电流密度下循环800次的比容量和效率图；图11是本专利技术实施例提供的Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料在充放电前后的交流阻抗。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备方法，其特征在于，所述Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备方法为：步骤一：将3.00gKOH和1.50gNaOH用20mL去离子水溶解，配成溶液A；步骤二：将5mL0.5mol/L的CH3COONa溶液倒入5mL1.0mol/L的Mn(CH3COO)2溶液中配成溶液B；步骤三：在搅拌条件下，将溶液A逐滴加入溶液B；步骤四：滴加完成后，将混合后的溶液转移到高压釜内，在180℃条件下反应24h，自然冷却至室温后将产物离心分离；步骤五：将分离后的物质放入管式炉中烘干，空气气氛下500℃煅烧5h，自然冷却即可。

【技术特征摘要】
1.一种Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备方法，其特征在于，所述Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备方法为：步骤一：将3.00gKOH和1.50gNaOH用20mL去离子水溶解，配成溶液A；步骤二：将5mL0.5mol/L的CH3COONa溶液倒入5mL1.0mol/L的Mn(CH3COO)2溶液中配成溶液B；步骤三：在搅拌条件下，将溶液A逐滴加入溶液B；步骤四：滴加完成后，将混合后的溶液转移到高压釜内，在180℃条件下反应24h，自然冷却至室温后将产物离心分离；步骤五：将分离后的物质放入管式炉中烘干，空气气氛下500℃煅烧5h，自然冷却即可。2.如权利要求1所述Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的制备方法，其特征在于，所述Na2Mn8O16/Mn2O3复合材料的结构和形貌采用XRD和SEM进行表征，XRD测试采用EmpyreanX-射线衍射仪，管压40kV，管流40mA，Cu靶Kα射线λ＝0.15...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高军，丁伟，王象，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33