本发明专利技术公开了一种以碳纳米管为核制备同轴复合纳米材料的方法，以碳纳米管为核生长由内到外依次为碳纳米管、氧化锰、无定形碳的纳米复合材料，即无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管（C/MnOx/CNTs）同轴复合纳米材料，其中锰的氧化物为MnO2、Mn3O4和MnO，简写为MnOx。本发明专利技术运用以碳纳米管为核制备出一维无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管（C/MnOx/CNTs）同轴复合纳米材料，其制备工艺简单，设备要求低、并且所制备的材料具有大比表面积、高稳定性、高容量、高导电率，在锂二次电池电极负极材料领域有巨大的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源纳米材料领域，具体涉及一种以碳纳米管为核制备无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs)同轴复合纳米材料的方法。
技术介绍
伴随着不可逆能源的日益枯竭，锂离子电池的研究在新能源领域起到了越来越重要的作用。而锂离子电池负极材料作为锂电池重要的组成部分，其研究也是决定锂离子电池性能的关键因素之一。但传统的碳材料，其容量仅为372mAh/g，远远不能满足当代社会对高性能锂电池实际应用的需求。因此，近年来国内外专家一直致力于研究具有高容量、高循环性能、高稳定性、经济环保等特点的锂离子电池负极材料，而锰基材料由于具备较高的理论储锂容量，被公认为是一种最具潜力的锂离子电池负极材料之一，因此，受到国内外锂电专家和学者广泛关注。然而，锰基材料在反复充放电的过程中，由于其导电性差，在反复充放电过程中出现极化效应，从而极大地降低了其循环性能及稳定性，进而限制了其在锂电领域内的应用。为了进一步提高锰基材料在锂离子电池电极应用中的导电性和循环稳定性，人们一直在寻求提闻其导电性的方法，以达到提闻其循环稳定性的目的。研究表明当猛基材料减小到纳米级别时将会在一定程度上减弱极化效应，此外，在锰基材料中加入其他材料形成复合材料也可以在一定程度上提高其导电性，进而提高其循环稳定性。专利CN1750298A中提供了一种锂电池用的二氧化锰/碳复合阴极材料:将碳材料加入高锰酸盐溶液中，在油浴温度下反应，过滤洗涤后干燥。可用于原锂电池和锂二次电池阴极。可增大二氧化锰材料电子电导，改善二氧化锰电极在充放电过程的导电性，具有大电流放电性能。此外，锰基材料还具有原料廉价、环保友好、无需其它试剂和高温处理且制备工艺简单的优点。专利CN102034965A中提供了一种锂离子电池负极材料二氟化锰与石墨纳米复合物的制备方法:它以硝酸锰和氟化铵溶液分别为锰源和氟源，并加入聚乙二醇2000为表面活性剂；在常温条件下将二者混合搅拌产生白色沉淀；将此沉淀在管式炉中通入氩气以隔绝空气的情况下经煅烧即可得到二氟化锰粉末。专利CN103022463A提供了一种锂离子电池锰基复合负极材料及其制备方法:采用含锰化合物、石墨烯制成固体Mn3O4/石墨烯复合负极材料，再与含锂化合物和含钛化合物制成的Mn3O4/石墨烯/钛酸锂纳米复合负极材料。文献Pure Appl.Chem., Vol.80，N0.11，pp.2327 - 2343, 2008.do1: 10.1351/pac200880112327提出的Nanostructured manganese oxides and their composites with carbon nanotubes aselectrode materials等研究，以上研究中，他们的方法虽然在一定程度上提高了猛基材料的导电性，但对他们所谓利用氧化锰和碳材料复合其实就是简单地利用碳材料将氧化锰电极活性物质分散开来，其分散和隔离效果比较有限。另外，由于没有将氧化锰纳米颗粒完全分散和隔离开来，无法真正有效发挥电极材料中氧化锰和碳材料各自的协同作用，对于提升氧化锰材料的导电性及充放电循环性能等电化学性能的效果有限。综上所述，大部分文献或专利中提到的碳分散锰基材料，由于本身固有的缺陷，碳分散和包覆不完全，对于其复合材料的导电性及其相应的电化学性能提升效果有限，还需要进一步探索新型碳材料包覆猛基材料的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于直接针对碳材料的容量低、锰基材料的导电性差、循环性能差的问题，提供一种以碳纳米管为核来制备高比表面积、高导电性、高容量、材料成份灵活可控一维复合纳米管的方法，本专利技术以碳纳米管为核制备出无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs)同轴复合纳米材料，制备工艺简单、设备要求低，所制备的材料具有大比表面积、导电性好、容量高等优点，在锂二次电池电极负极材料领域有巨大的应用潜力。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: ，以碳纳米管为核生长由内到外依次为碳纳米管、氧化锰、无定形碳的同轴复合纳米材料，即无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs)同轴复合纳米材料。其中猛的氧化物为Mn02、Mn3O4和MnO,简写为MnOx。所述的制备方法包括以下步骤: (1)取0.4-0.Sg碳纳米管分散到无机酸混合溶液中并在一定温度下油浴、搅拌，随后进行抽滤、清洗、干燥，得到酸化处理后的碳纳米管； (2)称取0.3-0.7g酸化处理后的碳纳米管、0.6-1.Sg醋酸锰，在超声条件下分别分散到10-30ml、50-90ml有机溶液中，超声处理l_3h，随后将醋酸锰有机溶液逐滴滴入碳纳米管有机溶液中，即得到醋酸锰/碳纳米管有机混合溶液； (3)将上述醋酸锰/碳纳米管有机混合溶液在室温下强力搅拌3-9h后，经抽滤、清洗、干燥，并置于管式炉中气体保护下高温处理，即得到锰的氧化物/碳纳米管同轴复合纳米材料； (4)称取0.1-0.3g高分子有机物溶入10-30ml有机溶液中，将上述氧化锰/碳纳米管同轴复合纳米材料分散到其中，强力搅拌l_3h，置于烘箱内60-80°C下干燥12-72h后，转移到管式炉中保护气体下进行高温处理，冷却至室温，即得到无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管同轴复合纳米材料。所述的无机酸混合溶液为盐酸和硫酸或盐酸和硝酸混合溶液，其体积比为1:3或者3:1，油浴处理时间为l_3h、温度为80-120°C。步骤(2) (3) (4)所述的有机溶液为无水乙醇溶液。 步骤(3)所述的置于管式炉内气体保护下高温处理，其处理时间为l_7h，温度为300-700 0C，保护气体为氩气或氮气。所述的高分子有机物为聚乙烯吡咯烷酮。步骤(4)所述的管式炉中保护气体下进行高温处理，保护气体为氩气或氮气，高温处理条件为400-600°C，时间为l_3h。本专利技术的有益效果在于:与现有技术相比，该专利技术以碳纳米管为核，制备出无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs)同轴复合纳米管，它既具有高比表面积又具有一维纳米功能材料结构特点。同时，用碳将氧化锰颗粒有效包裹和隔离起来，有效地提高了其导电性，并提高了复合材料的结构稳定性，进而提高了其锂充放电循环稳定性。另外，本发 明工艺简便、操作方便、易于调节，是制备良好锂离子电池负极材料的有效方法。【附图说明】图1为碳纳米管(CNTs)结构示意图。其中，图1中“I”为碳纳米管。图2为锰的氧化物/碳纳米管(MnOx/CNTs)同轴复合纳米材料结构示意图。其中，图2中“I”为碳纳米管；“2”为锰的氧化物(MnOx)。图3为无定形碳/猛的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs)同轴复合纳米材料结构示意图。其中，图3中“I”为碳纳米管；“2”为锰的氧化物(MnOx) ;“3”为无定形碳。图4为无定形碳/猛的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs)同轴复合纳米材料的扫描电镜图。【具体实施方式】本专利技术旨在提供一种以碳纳米管为核制备无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs )同轴复合纳米材料的方法，现结合附图以及具体的实施方式来说明一种以碳纳米管为核制备无定形碳/猛的氧化物/碳纳米管(C/MnOx/CNTs)同轴复合纳米材料的方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以碳纳米管为核制备同轴复合纳米材料的方法，其特征在于：以碳纳米管为核，生长由内到外依次为碳纳米管、锰的氧化物、无定形碳的同轴复合纳米材料，即无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管同轴复合纳米材料。
【技术特征摘要】
1.一种以碳纳米管为核制备同轴复合纳米材料的方法，其特征在于:以碳纳米管为核，生长由内到外依次为碳纳米管、锰的氧化物、无定形碳的同轴复合纳米材料，即无定形碳/锰的氧化物/碳纳米管同轴复合纳米材料。2.根据权利要求1所述的以碳纳米管为核制备同轴复合纳米材料的方法，其特征在于:所述的锰的氧化物为Mn02、Mn3O4和MnO。3.根据权利要求1所述的以碳纳米管为核制备同轴复合纳米材料的方法，其特征在于:所述的制备方法包括以下步骤: (1)取0.4-0.Sg碳纳米管分散到无机酸混合溶液中油浴、搅拌，随后进行抽滤、清洗、干燥，得到酸化处理后的碳纳米管； (2)称取0.3-0.7g酸化处理后的碳纳米管、0.6-1.Sg醋酸锰，在超声条件下分别分散到10-30ml、50-90ml有机溶液中，超声处理l_3h，随后将醋酸锰有机溶液逐滴滴入碳纳米管有机溶液中，即得到醋酸锰/碳纳米管有机混合溶液； (3)将上述醋酸锰/碳纳米管有机混合溶液在室温下强力搅拌3-9h后，经抽滤、清洗、干燥，并置于管式炉中气体保护下高温处理，即得到锰的氧化物/碳纳米管同轴复合纳米材料； (4)称取0.1-0.3g高分子有机物溶入10-30ml有机溶液中，将上述氧化锰/碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨尊先，郭太良，庞海东，严文焕，吕军，胡海龙，徐胜，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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