[发明专利]一种石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合材料及其制备方法，复合新材料的制备包括氧化石墨烯的合成和MnO₂‑Cr₂O₃‑石墨烯复合材料的制备这两个步骤。本发明提供的复合新材料具有优异的倍率性能和优异的循环性能，即使在大电流下循环材料亦能保持良好的结构稳定性。本发明复合新材料的这些优点可能与制备方法中硅酸钠和十二醇硫酸钠的重量份之比有关，二者的重量份之比为2‑5：1时，所制备的复合新材料性能最优。

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MnO₂-Cr₂O₃-石墨烯复合材料的制备及在铿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、铿离子电池电极材料、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，被广泛研究作为铿离子电池负极。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MnO₂-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MnO₂-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)，氧化石墨烯的合成：取1g膨胀石墨与80mL浓硫酸搅拌混合，加入1g硝酸钠，并缓慢加入5g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250mL超纯水中搅拌，待烧杯冷却后，加入15mL质量分数为的30％双氧水，得到亮黄色的氧化石墨烯溶液；离心并用超纯水洗涤3-5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3-5:1。

(1)步骤(2)，MnO₂-Cr₂O₃-石墨烯复合材料的制备：取1g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123溶于150mL水中，剧烈搅拌至产生大量泡沫后，加入2g步骤(1)制备的氧化石墨烯溶胶，搅拌1h后将得到的黄色氧化石墨烯溶液转入85℃水浴中随后，向氧化石墨烯溶液中加入5mL质量分数为45％的硝酸锰溶液和5g硅酸钠，反应15min后，加入1g吡咯，以上混合物85℃水浴中反应后经抽滤、洗涤、烘干得到前驱体；将前驱体转入氮气气氛管式炉中，800℃锻烧3h，即得到最终产物。

进一步地，所述的MnO₂-Cr₂O₃-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述硅酸钠和十二醇硫酸钠的重量份之比3:1。

所述的MnO₂-Cr₂O₃-石墨烯复合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MnO₂-Cr₂O₃-石墨烯复合新材料作为铿离子电池负极，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。