[发明专利]一种石墨烯复合新材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及石墨烯电池材料，具体涉及MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料的制备及在锂离子电池负极中的应用。

背景技术

锰氧化物由于其原料丰富、价格低廉以及环境友好等优点，广泛用于超级电容器、锂离子电池电极材料、燃料电池等能量储存及转换装置中。其中，MnO由于结构稳定，具有高达755mAh/g的理论比容量，被广泛研究作为锂离子电池负极。但是，与其他过渡金属氧化物相似，MnO电子电导率较低，因而倍率性能较差。同时，转换反应过程中，MnO表现出较大的体积膨胀，导致活性物质在充放电过程中从集流体脱落，容量迅速衰减。

通常，将过渡金属氧化物的纳米颗粒负载到具有高电子电导率的碳材料(如石墨烯、碳纳米管等)骨架上，能够有效地提高材料的电子电导率，从而提高材料的倍率性能。但是，即使过渡金属氧化物纳米颗粒负载在碳材料上，其体积膨胀并不能得到很好的改善，大电流和较长循环周期下，仍表现较明显的容量衰减。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料，以降低体积膨胀，减少大电流和较长循环周期下的容量衰减。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，氧化石墨烯的合成：取0.5g膨胀石墨与60ml浓硫酸搅拌混合，加入0.5g硝酸钠，并缓慢加入3g硅酸钠和十二醇硫酸钠的混合物，搅拌过夜；去除溶液上层漂浮的未反应的膨胀石墨，将混合溶液倒入240ml三蒸水中搅拌，待烧杯冷却后，加入10ml质量分数为30％的双氧水，得到亮黄色的氧化石墨烯溶液；离心并用三蒸水洗涤4～5次，得到棕黄色的氧化石墨烯溶胶；其中，所述硅酸钠和十二醇硫酸钠的重量份之比为4～6:1；

步骤S2，MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料的制备：取0.5g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123溶于100ml水中，剧烈搅拌至产生大量泡沫后，加入1g步骤S1制备的氧化石墨烯溶胶，搅拌30min后将得到的黄色氧化石墨烯溶液转入80℃水浴中；随后，向氧化石墨烯溶液中加入6ml质量分数为50％的硝酸锰溶液和3g硅酸钠，反应10min后，加入0.5g吡咯；以上混合物80℃水浴中反应12h后经抽滤、洗涤、烘干得到前驱体；将前驱体转入N₂气氛管式炉中，1000℃煅烧2h，即得到最终产物。

进一步地，所述的MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料的制备方法步骤S1中，所述硅酸钠和十二醇硫酸钠的重量份之比为5:1。

所述的MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料在制备锂离子电池负极中的应用。

本发明的优点：

本发明提供的MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料作为锂离子电池负极，表现出良好的倍率性能，能够降低体积膨胀，减少大电流和较长循环周期下的容量衰减，在5和10A/g的大电流密度下，仍能表现出优异的循环性能。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

实施例1：MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料的制备

一种MnO-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，氧化石墨烯的合成：取0.5g膨胀石墨与60ml浓硫酸搅拌混合，加入0.5g硝酸钠，并缓慢加入3g硅酸钠和十二醇硫酸钠的混合物，搅拌过夜；去除溶液上层漂浮的未反应的膨胀石墨，将混合溶液倒入240ml三蒸水中搅拌，待烧杯冷却后，加入10ml质量分数为30％的双氧水，得到亮黄色的氧化石墨烯溶液；离心并用三蒸水洗涤4～5次，得到棕黄色的氧化石墨烯溶胶；其中，所述硅酸钠和十二醇硫酸钠的重量份之比为5:1；