[发明专利]一种二氧化锰/石墨纳米片复合锌离子正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开的一种二氧化锰/石墨纳米片复合锌离子正极材料及其制备方法。所述方法包括：使用机械球磨的制备方法将商业二氧化锰与石墨纳米片复合，使二氧化锰可能能够分散在石墨纳米片的表面，实现导电网络的构建，从而提高电子传输的效率，并且石墨纳米片的加入明显抑制二氧化锰在反应过程中的体积变化，从而得到高性能和持久的锌离子电池征集材料。测试结果表明二氧化锰/石墨纳米片复合物作为电极材料能够表现出优异的电化学性能。二氧化锰/石墨纳米片复合物在电流密度为0.1A/g时，比容量为210 mAh/g，而且在电流密度为1A/g的条件下循环1000次还能保持83.8%。

技术领域

本发明涉及电化学及纳米材料技术领域，具体涉及一种氧化锰/石墨纳米片复合物的制备方法及其在锌离子电池中的应用。

背景技术

水系锌离子电池（ZIBs）被认为是继锂离子电池（LIBs）之后的另一种有前途的储能设备，因为其较低的氧化还原电势（-0.78 V），较高的理论比容量（820 mAh g^-1），此外，锌金属具有出色的导电性和丰富的可用资源。因此近年来对于锌离子正极材料的开发已经成为了研究热门。

近年来，锰氧化物，钒氧化物和普鲁士蓝类似物已经成为了最热门的锌离子电池正极材料，其中锰氧化物备受关注。但由于其在持续充放电过程中的不可逆相变，电极体积会发生明显变化，从而影响其循环性能，同时其较大的内阻也进一步削弱了容量，因此对于二氧化锰的改性研究变得至关重要。

与其他材料复合形成复合物是一种比较合适的方法去抑制二氧化锰体积变化以及提高导电性的方法，而经过文献调研，基于二氧化锰/石墨纳米片复合物来抑制二氧化锰体积变化的研究还未有过报道，因此本发明具有一定的新颖性和实用性。

基于上述理由，提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于针对现有锌离子电池正极材料存在的明显不足，提供了一种二氧化锰/石墨纳米片复合物的制备方法及其在锌离子电池中的应用。

为了实现发明的上述其中一个目的，发明人通过大量的实验研究，开发

出了一种二氧化锰/石墨纳米片复合物的制备方法，采用球磨的方法将二氧化锰颗粒分散在石墨纳米片表面，经研究发现二氧化锰/石墨纳米片复合物作为锌离子电池的正极材料，石墨纳米片的加入能够明显提高复合物的导电性，从而提高其容量，进一步的石墨纳米片的引入能够有效抑制二氧化锰的体积变化，从而提高锌离子电池的循环性能。

实现本发明目的所采取的技术方案是：

将直径为10nm~1μm的二氧化锰颗粒与石墨纳米片按一定质量比混合，在转速为100~500 rpm的条件下球磨1~5h，最终得到二氧化锰/石墨纳米片复合物，其中二氧化锰颗粒能够均匀分散在石墨纳米片的表面。

本发明所制备的NiO/Mn₂O₃复合物的表征和性能测试为：

二氧化锰/石墨纳米片复合物的表征：

采用X-射线衍射仪对制备的二氧化锰/石墨纳米片复合物的组成进行表征，并通过透射电镜对二氧化锰/石墨纳米片复合物的形貌进行表征。

二氧化锰/石墨纳米片复合物作为锌离子电池正极材料的电化学性能表征：

使用公知的纽扣电池组装技术组装出纽扣电池，其中正极材料为二氧化锰/石墨纳米片复合物，对照组为纯的二氧化锰，负极材料为锌片，电解液为2mol/L的硫酸锌和0.5mol/L硫酸锰的混合溶液，隔膜为商业玻璃纤维（whatman GF/D 47mm）。组装好的纽扣电池在新威电池测试系统上进行充放电测试，采用的电流密度为0.1-1A/g.

二氧化锰/石墨纳米片复合物作为锌离子电池正极材料的循环性能表征：