[发明专利]一种具有高倍率性能和循环性能锰酸锂/三维石墨烯复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种具有高倍率性能和循环性能锰酸锂/三维石墨烯复合材料的制备方法。（1）将锰源和强氧化剂溶于蒸馏水，溶解后转移至反应釜，然后置于烘箱中，反应得到黑色MnO2粉末；（2）将二氧化锰和锂源研磨，在马弗炉中将混合物进行两段高温烧结，随炉温冷却至室温，即得到LiMn2O4；（3）通过超声，水热反应，冷冻干燥技术等得到三维石墨烯；（4）将LiMn2O4和3DG置于研钵中，加入无水乙醇研磨后再马弗炉内保温一段时间，即得到LiMn2O4/3DG复合材料。本发明工艺简单，成本低廉，制备出了以三维石墨烯较均匀包覆锰酸锂的大倍率性能和循环性能等电化学性能良好的LiMn2O4/3DG复合材料。

主权项

1.一种具有高倍率性能和循环性能锰酸锂/三维石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1） 将0.01~0.2 mol锰源和0.01~0.2 mol强氧化剂置于烧杯中，然后加入40~200 mL的去离子水；用DF‑101S型集热式恒温磁力搅拌器在室温条件下将强氧化剂和锰源充分搅拌混合，然后将混合液转移至50~300 mL的聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬密封到不锈钢反应釜中，在设定的温度为80~200℃条件下，保温8~24小时,自然冷却至室温，过滤，在60~120℃条件下干燥18~48小时，得到黑色粉末MnO2前驱体；（2）称取0.001~0.2 mol步骤（1）所得到MnO2前驱体和0.001‑0.2 mol锂源；将两者置于烧杯中并加入40‑100 mL的无水乙醇，超声震荡20‑60分钟后放入烘箱中在60~120℃的条件下烘干，在研钵中研磨10~120分钟后将样品置于马弗炉中250~650℃预烧结2‑10小时，650~850℃煅烧10~30小时，随炉冷却至室温，即得锰酸锂；（3）将装有1~100 mL 质量百分比浓度为98%的浓硫酸的烧杯放入温度<1~20℃的冰水浴中，在搅拌下依次缓慢加入1~10 g的石墨粉、1~10 g 的NaNO3和1~10 g 的KMnO4反应1 ~3 小时后转移至 20~100℃水浴锅中，反应1~10 小时，再向其中缓慢滴入50~200 mL去离子水反应1~50 分钟后移至20~100℃水浴锅中反应1~50 分钟，最后加入1~100 mL 质量百分比浓度为30%的H2O2至亮黄色溶液中无气泡产生，趁热过滤，并用质量百分比浓度为5%的稀盐酸和去离子水各清洗7次至pH在7后配制成浓度为1~10 mg/mL的氧化石墨水溶液，取10~100 mL该溶液加入0.01~0.1 g 的NiCl2·6H2O搅匀后在常温下超声1~5 小时，放入以聚四氟乙烯为内衬的50~200 mL反应釜中，80~200℃反应6~20 小时，自然冷却至室温后取出三维石墨烯凝胶用去离子水清洗并冷冻12~96 小时后放入冷冻干燥机干燥12~96 小时，即得到三维石墨烯；（4）称取0.1‑2g步骤（2）所得到的锰酸锂和0.1‑2g步骤（3）所得到的三维石墨烯，将两者混合置于研钵中研磨1‑3小时，研磨过程中加入1‑3滴无水乙醇，所得的混合物置于马弗炉内以2~10℃/分钟加热速率升温至80‑400℃保温3‑6小时，随炉冷却至室温，即得到具有高倍率性能和循环性能锰酸锂/三维石墨烯复合材料；所述强氧化剂为过硫酸铵、高氯酸钾、高锰酸钾、双氧水和过硫酸钠的一种或多种；所述锂源为乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；所述锰源为乙酸锰、碳酸锰、硫酸锰和硝酸锰中的一种或多种。