[发明专利]碳基架负载二氧化锰纳米片的复合薄膜及其制备方法和应用

摘要

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体为一种具有多级孔的碳基架负载二氧化锰纳米片的复合薄膜及其制备方法和应用。本发明选用一维碳纳米管和二维氧化石墨烯作为二维二氧化锰纳米片的生长碳基，其中纳米片垂直生长，在碳基表面构成大量纳米片层间孔隙。通过真空抽滤和冷冻干燥，使二维石墨烯混合、包覆此复合材料，得到石墨烯、碳纳米管、氧化石墨烯组成的三维碳骨架。该柔性薄膜具有多级的微米级和纳米级孔结构。这种柔性薄膜作为锂离子电池负极，表现出优异的电性能，2 A×g‑1的电流密度下，比容量在循环630圈后仍能达到1344.2 mAh×g‑1。

主权项

1.一种具有多级孔结构的碳基架负载二氧化锰纳米片的复合薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）以二维氧化石墨烯和一维碳纳米管作为碳基，在其表面生长二维二氧化锰纳米片，制备复合材料：首先，准备硝酸酸化后的碳纳米管，以及用Hummer方法制备的氧化石墨烯，将5±1 mg表面修饰的碳纳米管和5±1 mg氧化石墨烯加入到含有158±2 mg高锰酸钾和1420±0.5 mg硫酸钠的50±0.5 mL去离子水中，超声分散10±5分钟；然后，将上述溶液转移到水热釜中，在150±30 ℃下保持10±1小时；再次，使用去离子水和乙醇分别多次离心洗涤，干燥，得到前驱体；将前驱体在氩气下以200±1 ℃退火4±0.1小时，得到氧化石墨烯、碳纳米管表面生长了二氧化锰纳米片的复合材料；（2）具多级孔结构的复合薄膜的制备：首先，准备好用水合肼还原的石墨烯；将上步合成的复合材料与石墨烯等质量混合于去离子水中，记为溶液A；将少量纯石墨烯混合于去离子水中，记为溶液B；然后，将上述2种溶液进行真空抽滤，顺序为溶液B、溶液A和溶液B，即得到有三个层次的黑色复合薄膜，其中的上、下层有少量石墨烯，中间层为石墨烯与生长有二氧化锰的氧化石墨烯、碳纳米管复合材料的混合物层；最后，将得到的黑色薄膜冷冻干燥12±2小时，得到具有三维多级孔结构的可弯曲薄膜。