[發明專利]石墨烯負載Mn3O4納米空心球復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610022913.2
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105489865B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 王勇;孫煒偉;余志強;蘇蕓;楊秦斯;蔡昌
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明涉及一種石墨烯負載Mn₃O₄納米空心球復合材料及其制備方法，該復合材料是在Mn₃O₄納米空心球的表面負載有石墨烯，粒徑大小不規則，約為：0.2～2μm；其中Mn₃O₄納米空心球的孔徑為：100～200nm；石墨烯和Mn₃O₄納米空心球的質量比為：0.1～10。本發明的石墨烯負載Mn₃O₄納米空心球復合材料GNS?Mn₃O₄不僅具有較大的比表面積，能夠提供更多的嵌鋰位點，而且能夠為充放電過程中的形變應力提供緩釋空間，從而具有很好的儲鋰性能。同時該復合材料制備工藝反應時間短、反應溫度低，反應條件溫和，對設備要求低，適用于大規模工業生產。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池用錳基負極材料及其制備方法，具體涉及一種石墨烯負載Mn₃O₄納米空心球復合材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有高能量密度、高輸出電壓、無記憶效應和無環境污染等優點，不僅廣泛用于手機、筆記本電腦等便攜式通訊設備，在作為電動汽車動力電源和太陽能、風能等新能源的儲能設備方面也有很大應用前景。目前商業化的鋰離子電池負極材料主要以石墨類材料為主，但是，石墨的理論比容量只有372 mAh/g，同時也具有安全性問題，無法滿足人們對新一代高容量鋰離子電池的需要。因此，開發出比容量高、安全性能好的新型負極材料逐漸成為研究熱點。

相比于石墨材料，過渡金屬氧化物如氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅等具有更高的比容量，安全性好，是替代石墨的理想的鋰離子電池負極材料。但過渡金屬氧化物導電性差、不可逆容量高、充放電過程中體積效應明顯導致電極材料粉化、容量快速衰減等問題制約了其工業應用。研究表明，通過納米化、負載和形貌控制等方法可以提髙材料導電性，緩解充放電過程中的體積效應，改善材料的電化學性能。與大尺寸的粒子相比，納米尺寸的粒子能夠縮短鋰離子的傳輸路徑，從而改善電化學性能。通過將導電性好的碳材料如石墨烯或碳納米管與過渡金屬氧化物進行復合，發揮氧化物容量高和碳材料導電性好的優勢，避免單一材料結構上的缺陷，通過兩者的協同作用提高電化學性能。

發明內容

本發明的目的之一在于針對過渡金屬氧化物Mn₃O₄導電性差，體積效應明顯的缺點，提供一種石墨烯負載Mn₃O₄納米空心球復合材料。

本發明的目的之二在于提供該復合材料的制備方法，本方法采用簡單水熱的方法，通過用石墨烯（graphene nanosheet， GNS）負載制備了具有納米空心球結構的GNS-Mn₃O₄復合材料。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯負載Mn₃O₄納米空心球復合材料，其特征在于該復合材料是在Mn₃O₄納米空心球的表面負載有石墨烯，粒徑：0.2～2μm；其中Mn₃O₄納米空心球的孔徑為：100～300nm ；石墨烯和Mn₃O₄納米空心球的質量比為：0.1～10。

一種制備上述的石墨烯負載Mn₃O₄納米空心球復合材料的方法，其特征在于該方法具有以下工藝過程：

a. 將可溶性錳鹽、表面活性劑和六次亞甲基四胺按1:0.4:2～1:2:12的摩爾比溶于水中，攪拌均勻配制成錳鹽溶液；

b. 將石墨烯溶于去離子水后進行粉碎、超聲分散，形成均勻分散液；