一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，包括，S1、制备硫酸锰溶液，称取硫酸锰；超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌；S2、制备混合溶液一，称取硫酸钠和硫酸铜，超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液一；S3、制备均一混合溶液；S4、制备混合溶液二；S5、制备高锰酸钾溶液；S6、制备混合溶液三；S7、加热；制备棕褐色沉淀物；S9、制备成品。本申请通过采用钠离子和铜离子共嵌入锰氧化物的方法提高锰基氧化物的稳定性，并通过原位生长的方法引入还原氧化石墨烯提高该复合材料的导电性，最终获得电化学性能优良的钠铜共掺杂改性锰氧化物/还原氧化石墨烯复合材料。原氧化石墨烯复合材料。原氧化石墨烯复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法


[0001]本专利技术是关于锌离子电池
，特别是关于一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法。

技术介绍

[0002]目前传统能源消耗严重，新型清洁能源的开发和存储受到人们的广泛关注。锂离子电池因其功率大是一种主要的动力电池和储能设备，但锂元素储量有限，成本较高，且锂离子电池的回收也存在一定问题。水系锌离子电池具有能量密度高、安全等优点成为新的研究热点。锰氧化物资源丰富、生产成本较低且具有多种氧化态，引起了研究者广泛的兴趣。
[0003]然而现有的但锰氧化物存在以下问题；
[0004]1、导电性较差、结构稳定性不够，因此改性锰基材料对高电化学性能的锌离子电池的发展十分必要。
[0005]2、锰基氧化物纳米颗粒易发生团聚，影响复合材料的电化学性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，其能够。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，包括下述步骤；
[0008]S1、制备硫酸锰溶液；称取硫酸锰；超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌；
[0009]S2、制备混合溶液一；称取硫酸钠和硫酸铜，超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液一；
[0010]S3、制备均一混合溶液；将S1步骤中得到的硫酸锰溶液加入至S2步骤中得到的混合溶液一中，再进行强磁力搅拌至得到均一混合溶液；
[0011]S4、制备混合溶液二；称取还原氧化石墨烯，倒入S3步骤中得到的均一混合溶液中，超声分散时间为1
‑
3h，得到混合溶液二；
[0012]S5、制备高锰酸钾溶液；称取高锰酸钾，超声分散于20mL去离子水中，并充分搅拌；
[0013]S6、制备混合溶液三；取S5步骤中得到的高锰酸钾溶液加入到S4步骤中得到的混合溶液中，进行强磁力充分搅拌，得到混合溶液三；
[0014]S7、加热；将S6步骤中充分搅拌后的混合溶液三转移到水热反应釜中，水热反应温度为120
‑
180℃，反应时间为6
‑
16h；
[0015]S8、制备棕褐色沉淀物；水热反应结束后，冷却至室温，得到棕褐色沉淀物，用去离子水充分清洗并离心收集；
[0016]S9、制备成品；将S8步骤中洗涤后的棕褐色沉淀物，在真空干燥箱中进行干燥，得到钠铜共掺杂改性锰氧化物/还原氧化石墨烯复合材料。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S1步骤中硫酸锰和S5步骤中高锰酸钾的摩尔质量比为1：3。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S2步骤中的硫酸钠和硫酸铜与S1步骤中的硫酸锰的摩尔质量比为1：1：4。
[0019]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S4步骤中还原氧化石墨烯的添加量为2mg
‑
4mg。
[0020]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S4步骤中超声分散时间为1h。
[0021]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S1
‑
S6步骤中进行强磁力搅拌的转速为400～800rpm，搅拌时间为10～30min。
[0022]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S1步骤中进行强磁力搅拌的转速为600rpm，搅拌时间为15min。
[0023]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S1
‑
S6步骤中得到的溶液均在聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中进行反应。
[0024]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S8步骤中使用去离子水进行清洗3～5次；离心条件为6000～9000rpm下，离心时间为4
‑
8min。
[0025]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S9步骤中温度设置为60～70℃，真空干燥时间为10
‑
24h。
[0026]与现有技术相比，根据本专利技术实施方式的一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，具有以下益处；
[0027]1)采用钠离子和铜离子共掺杂对锰氧化物进行了改性。
[0028]2)并进一步采用原位生长的方法在其表面复合石墨烯，过渡金属离子和碱金属离子的协同作用可以提高复合材料的电化学性能，石墨烯有利于增加材料的导电性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术钠铜共掺杂改性锰氧化物的SEM图；
[0030]图2为本专利技术钠铜共掺杂改性锰氧化物/还原氧化石墨烯复合材料的SEM图；
[0031]图3为本专利技术钠铜共掺杂改性锰氧化物和钠铜共掺杂改性锰氧化物/还原氧化石墨烯复合材料的XRD图；
[0032]图4为一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0034]包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“除其它元件或其它组成部分。
[0035]针对改性锰基材料对高电化学性能的锌离子电池，提高其性能，在通过多次实验验证，得出；
[0036]将金属(Cu、Ni、Li、Na、K等)离子掺杂替位以调控电子态，进而改善锰基氧化物电
极在充放电过程中的结构稳定性，通过纳米结构的构建，缩短电子和离子转移的扩散距离来改善扩散动力学；制备锰基碳复合材料。
[0037]引入碳材料可以有效提高电极的导电性，包括碳纳米管、石墨烯等。其中石墨烯具有超高的理论比表面积和良好的导电性是一种良好的新型碳材料。
[0038]因此采用钠离子和铜离子共嵌入锰氧化物的方法提高锰基氧化物的稳定性，并通过原位生长的方法引入还原氧化石墨烯提高该复合材料的导电性，最终获得电化学性能优良的钠铜共掺杂改性锰氧化物/还原氧化石墨烯复合材料。
[0039]如图4所示，根据本专利技术优选实施方式的一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，包括下述步骤；
[0040]S1、制备硫酸锰溶液；称取硫酸锰；超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌；
[0041]S2、制备混合溶液一；称取硫酸钠和硫酸铜，超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液一；
[0042]S3、制备均一混合溶液；将S1步骤中得到的硫酸锰溶液加入至S2步骤中得到的混合溶液一中，再进行强磁力搅拌至得到均一混合溶液；
[0043]S4、制备混合溶液二；称取还原氧化石墨烯，倒入S3步骤中得到的均一混合溶液中，超声分散时间为1
‑
3h，得到混合溶液二；
[0044]还原氧化石墨烯的添加量为2mg
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，其特征在于，包括下述步骤；S1、制备硫酸锰溶液；称取硫酸锰；超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌；S2、制备混合溶液一；称取硫酸钠和硫酸铜，超声分散于10mL去离子水中，并充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液一；S3、制备均一混合溶液；将S1步骤中得到的硫酸锰溶液加入至S2步骤中得到的混合溶液一中，再进行强磁力搅拌至得到均一混合溶液；S4、制备混合溶液二；称取还原氧化石墨烯，倒入S3步骤中得到的均一混合溶液中，超声分散时间为1
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3h，得到混合溶液二；S5、制备高锰酸钾溶液；称取高锰酸钾，超声分散于20mL去离子水中，并充分搅拌；S6、制备混合溶液三；取S5步骤中得到的高锰酸钾溶液加入到S4步骤中得到的混合溶液中，进行强磁力充分搅拌，得到混合溶液三；S7、加热；将S6步骤中充分搅拌后的混合溶液三转移到水热反应釜中，水热反应温度为120
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180℃，反应时间为6
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16h；S8、制备棕褐色沉淀物；水热反应结束后，冷却至室温，得到棕褐色沉淀物，用去离子水充分清洗并离心收集；S9、制备成品；将S8步骤中洗涤后的棕褐色沉淀物，在真空干燥箱中进行干燥，得到钠铜共掺杂改性锰氧化物/还原氧化石墨烯复合材料。2.如权利要求1所述的一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，其特征在于，所述S1步骤中硫酸锰和S5步骤中高锰酸钾的摩尔质量比为1：3。3.如权利要求1或2所述的一种钠铜共掺杂改性锰氧化物/石墨烯复合材料的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋艳伟，王延延，陈晓文，
申请(专利权)人：江苏福瑞士电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：