[发明专利]一种核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/Mn3

说明书

本发明涉及一种核鞘结构的碳纳米管/Mn₃O₄复合材料及其制备方法、锌离子电池，属于电池技术领域。本发明的核鞘结构的碳纳米管/Mn₃O₄复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳纳米管、可溶性锰盐、乙醇、水混合均匀，得到混合液；可溶性锰盐为硝酸锰、醋酸锰中的至少一种；以得到的混合液为电沉积液，进行电沉积并在负极上沉积得到复合材料；将得到的复合材料在250‑350℃下保温1‑5h，即得。本发明的核鞘结构的碳纳米管/Mn₃O₄复合材料的制备方法制得的材料作为锌离子电池正极材料，作为锌离子电池正极材料在0.2 A/g的电流密度下充放电循环500次后放电比容量为200 mAh/g，库仑效率可达99％。

技术领域

本发明涉及一种核鞘结构的碳纳米管/Mn₃O₄复合材料及其制备方法、锌离子电池，属于电池技术领域。

背景技术

近年来，水系锌离子电池（ZIB）由于具有高能量密度、高功率密度、高安全和绿色环保等优点，有望在动力电池和大规模电池储能等领域获得应用，受到广泛的研究关注。锌离子电池一般采用金属锌片作为负极材料，电解液通常为含有Zn²⁺的近中性或弱酸性水溶液。目前，研究的锌离子电池正极材料主要有锰基氧化物、钒基氧化物、醌类化合物以及聚阴离子化合物等，其中锰基氧化物具有资源丰富、毒性小、价格低廉、环境友好以及多价态等特点。各种不同价态的锰基氧化物作为水系锌离子电池的正极材料已经被广泛研究，是水系锌离子电池中最有望得到应用的正极材料之一。其中，Mn₃O₄中同时存在Mn²⁺和Mn³⁺，有望成为锌离子电池的正极材料。但是Mn₃O₄的电导率较低，充放电循环过程中存在体积膨胀等问题，导致其倍率性能和循环稳定性能较差。

把Mn₃O₄与纳米结构的碳材料进行复合能够在一定程度解决上述问题，这是因为碳材料具有多孔的形貌、高的稳定性和电子电导率，可以缓冲电极活性材料的体积膨胀和收缩，并提供高速的电子和离子迁移通道，从而提高材料的储锂性能。碳纳米管具有独特的形貌，且碳纳米管相互缠绕在一起，可以形成三维纳米多孔的形貌，可以为电极活性物质提供高速的电子和离子迁移通道，同时缓冲体积膨胀/收缩效应。因此，碳纳米管和Mn₃O₄的复合材料，具有成为高性能的锌离子电池正极材料的潜力。

申请公布号为CN103647068A的中国发明专利公开了一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括将可溶性锰盐溶于去离子水中，配制成溶液，将多壁碳纳米管加入溶液中，超声分散，形成分散液，过滤，干燥，然后在惰性气体保护下将所得固体加热至300-400℃反应1-3h，制得Mn₃O₄/多壁碳纳米管复合材料。该方法是采用液相反应、高温处理的方法，反应过程中，材料颗粒均匀程度不易控制，很难在碳纳米管表面包覆均匀的氧化物层。

发明内容

本发明提供一种核鞘结构的碳纳米管/Mn₃O₄复合材料的制备方法，以制备一种氧化物在碳纳米管表面均匀分布的复合材料。

本发明还提供了一种上述方法制得的核鞘结构的碳纳米管/Mn₃O₄复合材料以及采用该材料的锌离子电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种核鞘结构的碳纳米管/Mn₃O₄复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将碳纳米管、可溶性锰盐、乙醇、水混合均匀，得到混合液；可溶性锰盐为硝酸锰、醋酸锰中的至少一种；