[发明专利]石墨烯负载Mn3O4纳米空心球复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯负载Mn₃O₄纳米空心球复合材料及其制备方法，该复合材料是在Mn₃O₄纳米空心球的表面负载有石墨烯，粒径大小不规则，约为：0.2～2μm；其中Mn₃O₄纳米空心球的孔径为：100～200nm；石墨烯和Mn₃O₄纳米空心球的质量比为：0.1～10。本发明的石墨烯负载Mn₃O₄纳米空心球复合材料GNS‑Mn₃O₄不仅具有较大的比表面积，能够提供更多的嵌锂位点，而且能够为充放电过程中的形变应力提供缓释空间，从而具有很好的储锂性能。同时该复合材料制备工艺反应时间短、反应温度低，反应条件温和，对设备要求低，适用于大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用锰基负极材料及其制备方法，具体涉及一种石墨烯负载Mn₃O₄纳米空心球复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、高输出电压、无记忆效应和无环境污染等优点，不仅广泛用于手机、笔记本电脑等便携式通讯设备，在作为电动汽车动力电源和太阳能、风能等新能源的储能设备方面也有很大应用前景。目前商业化的锂离子电池负极材料主要以石墨类材料为主，但是，石墨的理论比容量只有372 mAh/g，同时也具有安全性问题，无法满足人们对新一代高容量锂离子电池的需要。因此，开发出比容量高、安全性能好的新型负极材料逐渐成为研究热点。

相比于石墨材料，过渡金属氧化物如氧化锰、氧化铁、氧化镍、氧化铜等具有更高的比容量，安全性好，是替代石墨的理想的锂离子电池负极材料。但过渡金属氧化物导电性差、不可逆容量高、充放电过程中体积效应明显导致电极材料粉化、容量快速衰减等问题制约了其工业应用。研究表明，通过纳米化、负载和形貌控制等方法可以提髙材料导电性，缓解充放电过程中的体积效应，改善材料的电化学性能。与大尺寸的粒子相比，纳米尺寸的粒子能够缩短锂离子的传输路径，从而改善电化学性能。通过将导电性好的碳材料如石墨烯或碳纳米管与过渡金属氧化物进行复合，发挥氧化物容量高和碳材料导电性好的优势，避免单一材料结构上的缺陷，通过两者的协同作用提高电化学性能。

发明内容

本发明的目的之一在于针对过渡金属氧化物Mn₃O₄导电性差，体积效应明显的缺点，提供一种石墨烯负载Mn₃O₄纳米空心球复合材料。

本发明的目的之二在于提供该复合材料的制备方法，本方法采用简单水热的方法，通过用石墨烯（graphene nanosheet， GNS）负载制备了具有纳米空心球结构的GNS-Mn₃O₄复合材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯负载Mn₃O₄纳米空心球复合材料，其特征在于该复合材料是在Mn₃O₄纳米空心球的表面负载有石墨烯，粒径：0.2～2μm；其中Mn₃O₄纳米空心球的孔径为：100～300nm ；石墨烯和Mn₃O₄纳米空心球的质量比为：0.1～10。

一种制备上述的石墨烯负载Mn₃O₄纳米空心球复合材料的方法，其特征在于该方法具有以下工艺过程：

a. 将可溶性锰盐、表面活性剂和六次亚甲基四胺按1:0.4:2～1:2:12的摩尔比溶于水中，搅拌均匀配制成锰盐溶液；

b. 将石墨烯溶于去离子水后进行粉碎、超声分散，形成均匀分散液；