[發明專利]一種多晶二氧化錳/碳納米管復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810201937.3
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108461726B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 許占位;李康;張藝華;楊軍;孔硌;黃劍鋒;曹麗云;王瑞誼
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種多晶二氧化錳/碳納米管復合材料及其制備方法和應用，屬于鈉離子電池正極催化材料制備技術領域。采用的技術方案為：利用固相合成的方法，使MnO₂原位生長在碳納米管骨架上，生成多晶MnO₂/碳納米管復合材料，方法綠色環保。本發明制備出MnO₂/碳納米管復合材料為多晶材料，純度高，并且周期短，綠色環保，耗能低且經濟的優點，有利于規模化生產。本發明方法制得的多晶MnO₂/碳納米管應用于鈉離子電池正極，其表現的循環穩定性好，放電時間長，放電比能量高，能夠作為鈉離子電池正極材料的廣泛使用。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池正極材料制備技術領域，具體涉及一種多晶MnO₂/碳納米管復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人類社會的不斷發展，尋找新的儲能裝置替代化石能源已經成為新能源領域研究的熱點。[Liu D,Garcia B B,Zhang Q,et al.Mesoporous Hydrous ManganeseDioxide Nanowall Arrays with Large Lithium Ion Energy Storage Capacities[J].Advanced Functional Materials,2010,19(7):1015-1023.]鈉離子電池具有鈉資源豐富、成本低廉、體積小、質量輕、無記憶效應、無污染等特點，適合于大規模儲能等優點近年來發展迅速。[潘都,戚興國,劉麗露,蔣禮威,陸雅翔,白瑩,胡勇勝,陳立泉.鈉離子電池正負極材料研究新進展[J/OL].硅酸鹽學報:1-20[2018-01-17].https://doi.org/10.14062/j.issn.0454-5648.2018.04.05.]。

鈉離子電池正極材料的性能是鈉離子電池的關鍵，正極影響著電池的能量密度、循環壽命以及安全性等，決定了電池的電化學性能。因此，開發新型正極材料和優化已有的正極材料是鈉離子電池領域的研究熱點。[李玲芳,楊家興,吳超.鈉離子電池正極材料磷酸釩鈉的研究進展[J].人工晶體學報,2017,46(11):2238-2243.]鈉離子電池正極材料的選取原則是具有較高的氧化還原電位、較高的比容量、有利于鈉離子嵌入脫出的晶體結構，并且還具有良好的結構穩定性、良好的離子電導和電子電導，且價格低廉、對環境友好。

MnO₂作為過渡金屬氧化物之一，作為鈉離子電池的正極材料，具有較高的理論容量、安全性、環境友好性、自然豐富性和低成本，在鈉離子電池正極材料的應用上具有很大的潛力。然而，它的導電性差，大量重復鈉循環過程導致結構擴張，抑制鈉離子電池潛在的實際應用價值。[史文靜,燕永旺,徐守冬,陳良,劉世斌,張鼎.鈉離子電池正極材料Na(0.44)MnO₂的研究進展[J].化工進展,2017,36(09):3343-3352.]。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多晶MnO₂/碳納米管復合材料及其制備方法和應用，該制備方法具有無污染、工藝簡單、時間短、能耗低、穩定性好、產率高等特點，并且可以滿足大批量生產；經該方法制得的多晶MnO₂/碳納米管復合材料在制備鈉離子電池材料中具有放電比能量高，穩定性好等特點。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種多晶MnO₂/碳納米管復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)取羧基化多壁碳納米管和高錳酸鉀，充分研磨均勻，制得混合物；

2)在空氣氣氛中，將混合物以5～15℃/min的升溫速度，自室溫起升至280～400℃，保溫1～4h，冷卻至室溫；

3)將步驟2)處理后的產物清洗、干燥，制得的多晶MnO₂/碳納米管復合材料。