[发明专利]一种MnO2

说明书

本发明提供了一种MnO₂/CNT复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将碳纳米管加入浓硝酸中进行酸化反应，得到酸化的碳纳米管；B)将所述酸化的碳纳米管、高锰酸钾和硫酸锰在溶剂中混合，得到混合溶液；C)将所述混合溶液进行水热反应，得到MnO₂/CNT复合材料。本发明生产工艺流程简单，合成的MnO₂可以均匀地长在CNT上，避免了通过物理混合方法导致的不均匀性，显著提高了MnO₂的导电性，加快离子传输速率，有利于提高MnO₂在储能领域的倍率和循环稳定性，制备的MnO₂/CNT复合材料适用于离子电池和超级电容器等多种能源存储领域。本发明还提供了一种MnO₂/CNT复合材料及应用。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种MnO₂/CNT复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁能源和大型储能设备成为越来越多的研究者关注的焦点。锂离子电池(LIBs)因其高能量和功率密度而在众多储能设备中脱颖而出。然而，LIBs的高成本、低锂资源和易燃电解液限制了它们在大规模能源存储系统中的进一步应用。

可充电水系锌离子电池(ZIBs)是最有前途的锂离子电池替代品之一，因为其成本低、锌资源丰富、组装方便、对环境友好。此外，ZIBs具有高理论质量比容量(约820mAh·g^-1)、高体积比容量(约5855mAh·cm^-3)、低Zn/Zn²⁺氧化还原电位(-0.76V vs标准氢电极)等优点和安全的水系电解质。近年来，大量研究聚焦在水系ZIBs的电极材料制备，电解液和储能机理等领域。获得了基于水系锌离子电池的微型电子设备和柔性储能器件等，表明水系锌离子电池材料具有巨大的商业潜力。

二氧化锰由于理论容量高，高电压窗口(约0.8-1.8V)，无毒，天然含量高，是研究最广泛的水系锌离子电池正极材料。但其较低的导电率、离子传输速率和循环过程中缓慢的动力学导致MnO₂在水系ZIBs中具有较差的倍率和循环稳定性，从而限制了它在水系ZIBs中的发展和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MnO₂/CNT复合材料、其制备方法及应用，本发明中制备方法制备得到的MnO₂/CNT复合材料提高了MnO₂在储能领域的倍率和循环稳定性。

本发明提供一种MnO₂/CNT复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将碳纳米管加入浓硝酸中进行酸化反应，得到酸化的碳纳米管；

B)将所述酸化的碳纳米管、高锰酸钾和硫酸锰在溶剂中混合，得到混合溶液；

C)将所述混合溶液进行水热反应，得到MnO₂/CNT复合材料。

优选的，所述步骤A)中碳纳米管在所述浓硝酸的浓度为2～10mg/mL。

优选的，所述酸化反应在水浴条件下进行；

所述酸化反应的温度为60～100℃；所述酸化反应的时间为10～24小时。

优选的，所述步骤B)中使用酸化的碳纳米管的水溶液；

所述酸化的碳纳米管的水溶液的浓度为0.2～1mg/mL。

优选的，所述酸化的碳纳米管、高锰酸钾和硫酸锰的质量比为(1～3)：(1～5)：1；

优选的，步骤C)中水热反应的温度为120～160℃；水热反应的时间为10～60min。