【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水系锌离子电池正极材料制备，具体涉及一种硅酸锰/石墨烯正极材料的制备方法与应用。
技术介绍
1、随着人们对锂离子电池安全性和锂、钴储量的日益关注，水系锌离子电池(zibs)具有来源广、丰度高的巨大优势，逐渐能够成为新一代可充电池的可能。锰基材料因其在比容量和输出电压方面的优越性而被广泛用作zibs正极材料。然而，充放电过程中产生的锰溶解，导致晶格结构不稳定，从而降低循环稳定性。另外，锰基材料天然存在导电性不足极大程度上限制了其成为新一代大规模储能器件。
2、硅酸锰作为zibs正极材料，晶格稳定性相对较好，不易发生锰溶解现象。而且纳米颗粒结构对减少充放电过程中zn2+嵌入/脱出带来的应力破坏，对于延长电池循环寿命的起到了重要作用。另外，硅酸锰材料与还原氧化石墨烯材料复合，提高材料整体的导电性，同时解决正极充放电循环过程中活性物质的团聚，提升正极的循环稳定性及容量。经检索发现如下公开的专利及文献：cn202010769399该专利技术公开了一种碳包覆硅酸锰材料用于zibs正极，其包括五个步骤：步骤1，将锰源、硅源和分散剂混合，得到混合溶液；步骤2；将碳源溶解成水溶液，然后将水溶液加入上述混合溶液中并加热搅拌，得到前驱体溶胶；步骤3，将所得前驱体溶胶干燥，得到干凝胶；步骤4，将所得干凝胶球磨成粉末；步骤5，在惰性气氛下，将粉末煅烧，即得到碳包覆硅酸锰材料。该专利申请中所述材料作为正极，其放电容量从152mah g-1，经过40次循环后可逆容量变为85mah g-1，其容量较低，其单一的材料组成不具备优良的导电
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种硅酸锰/石墨烯正极材料的制备方法，该材料具有稳定的结构特性，制备工艺简单，所使用的原材料对环境友好等优点；将所制备的材料用作zibs正极材料，并组装于zibs后表现出较好的循环稳定性和高容量保持率。
2、本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种硅酸锰/石墨烯正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
3、(1)将氧化石墨烯、硅源和分散剂混合进行反应，经过洗涤，干燥，得到固体前驱体；
4、(2)将所得固体前驱体、锰源和分散剂混合均匀，然后进行水热反应；
5、(3)反应后，取出反应物，经过冷却，洗涤，干燥，得到固体粉末；
6、(4)将所得固体粉末处理，得到细粉末；
7、(5)在惰性气氛下，将细粉末碳化，即得到硅酸锰/石墨烯正极材料。
8、进一步，步骤(1)中所述氧化石墨烯的质量为15-25mg；所述硅源为硅酸四乙酯；所述分散剂为75-95％乙醇；所述硅源的体积为0.6-1.8ml；所述分散剂的体积为125-150ml；所述反应时间为24-36h；所述洗涤为使用无水乙醇离心洗涤3次；所述干燥为烘干，干燥温度为50-60℃，干燥时间为12h。
9、进一步，步骤(2)中所述固体前驱体的质量0.1-0.2g；所述锰源为四水乙酸锰；所述四水乙酸锰的质量为0.5-1.0g；所述分散剂为去离子水；所述分散剂体积为60-80ml；所述水热反应时间为12-24h；所述水热反应温度为160-200℃。
10、进一步，步骤(3)中所述冷却温度为室温；所述洗涤为使用去离子水离心洗涤3次；所述干燥为烘干，干燥温度为50-60℃，烘干时间为12h。
11、进一步，步骤(4)中所述处理为研磨，研磨时间为10-20min。
12、进一步，步骤(5)将所得粉末置于管式气氛炉中，在惰性气氛下，750-950℃碳化8-18h，即得到硅酸锰/石墨烯正极材料。
13、一种硅酸锰/石墨烯正极材料的应用，其特征在于，将上述的制备方法制得的硅酸锰/石墨烯用作zibs的正极材料。
14、进一步，组装zibs包括如下步骤：
15、(1)将碳包覆硅酸锰材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂混合并搅拌均匀，得到浆料；
16、(2)将所得浆料全部涂覆于集流体上，然后干燥，得到电极片；
17、(3)将上述步骤(2)所得的电极片作为正极，金属锌作为负极，2.0mol l-1的硫酸锌和0.2mol l-1的硫酸锰作为电解液，玻璃纤维作为隔膜，组装zibs。
18、进一步，步骤(1)中所述导电剂为导电炭黑；所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述有机溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮；所述硅酸锰/石墨烯正极材料、所述导电剂和所述粘结剂之间的质量比为7:2:1。
19、进一步，步骤(2)中所述干燥为真空烘干，烘干温度为60℃。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
21、(1)本专利技术提出一种硅酸锰/石墨烯正极材料，该材料具有稳定的结构特性，制备工艺简单，通过形貌调控实现结构稳定性；
22、(2)将本专利技术所制备的硅酸锰/石墨烯正极材料用作zibs的正极材料，并组装于zibs后表现出较好的循环稳定性和倍率性能。
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1.一种硅酸锰/石墨烯水系锌离子电池正极材料的制备方法与应用，其特征在于利用独特的硅酸锰纳米球均匀附着于还原氧化石墨烯的片状结构上，提升导电率的同时，增强其作为正极材料时的循环稳定性。
2.根据权利要求1所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，具体包括：将氧化石墨烯、硅源和分散剂混合进行反应，经过洗涤，干燥，得到固体前驱体；将所得固体前驱体、锰源和分散剂混合均匀，然后进行水热反应；反应后，取出反应物，经过冷却，洗涤，干燥，得到固体粉末；将所得固体粉末处理，得到细粉末；在惰性气氛下，将细粉末碳化，即得到硅酸锰/石墨烯材料。
3.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤1中，氧化石墨烯的质量为15-25mg。
4.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤1中，硅源为硅酸四乙酯。
5.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤1中，硅源的体积为0.6-1.8mL。
6.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤1
7.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤2中，固体前驱体的质量为0.1-0.2g。
8.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤2中，锰源为四水乙酸锰。
9.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤2中，锰源的质量为0.5-1.0g。
10.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤2中，水热反应时间为12-24h。
11.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤2中，水热反应温度为160-200℃。
12.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤5中，碳化温度为750-950℃。
...【技术特征摘要】
1.一种硅酸锰/石墨烯水系锌离子电池正极材料的制备方法与应用，其特征在于利用独特的硅酸锰纳米球均匀附着于还原氧化石墨烯的片状结构上，提升导电率的同时，增强其作为正极材料时的循环稳定性。
2.根据权利要求1所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，具体包括：将氧化石墨烯、硅源和分散剂混合进行反应，经过洗涤，干燥，得到固体前驱体；将所得固体前驱体、锰源和分散剂混合均匀，然后进行水热反应；反应后，取出反应物，经过冷却，洗涤，干燥，得到固体粉末；将所得固体粉末处理，得到细粉末；在惰性气氛下，将细粉末碳化，即得到硅酸锰/石墨烯材料。
3.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤1中，氧化石墨烯的质量为15-25mg。
4.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤1中，硅源为硅酸四乙酯。
5.根据权利要求2所述的硅酸锰/石墨烯的材料制备方法，其特征在于，在步骤1中，硅源的体积为0.6...
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