[发明专利]一种石墨烯/Mn3

说明书

本发明公开了一种石墨烯/Mn₃O₄复合材料的制备方法及其应用，该制备方法通过将锰盐、丙三醇、氧化石墨烯、异丙醇和水进行混合、搅拌、加热、冷却、离心清洗、冷冻干燥步骤，得到石墨烯/Mn₃O₄复合材料。本发明通过一步水热合成直接得到石墨烯/Mn₃O₄复合材料，更加高效，不需要高温烧结且实验所需总时间比较短，大大简化了制备过程，降低了成本。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种石墨烯/Mn₃O₄复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池由于具有较大能量密度、循环寿命长、无记忆相应以及绿色环保而被视为新能源汽车驱动力的选择之一。尽管锂离子电池已经在便携式数码电子产品中(数码相机、笔记本电脑以及智能手机)取得了引人注目的成功，然而其能量密度还需要继续提高。为了满足在新能源汽车中的应用(续航里程和快速充放电)，锂离子电池的能量密度需要进一步改善。因此，发展高能量密度锂离子电池是新能源汽车发展的关键环节。

单体锂离子电池的能量密度由电池本身的工作电压和电池的容量决定。所以，可以通过提高电池的工作电压或者容量来提高电池的能量密度。当前商品化锂离子电池的负极材料主要是石墨(理论比容量为372mAh/g)，其较低的理论比容量限制了锂离子电池的能量密度的进一步发展。Mn₃O₄用作锂离子电池负极材料时，其理论比容量高达937mAh/g，被认为一种理想的高性能负极材料。然而，该材料容易在充放电过程中产生巨大的体积膨胀，导致电极粉化，从集流体上脱离从而降低电池的循环稳定性；此外，该材料本身较差的导电性也限制了锂离子电池功率密度，难以实现快速充放电。为了解决上述存在的问题，采用石墨烯复合Mn₃O₄材料的方法称为一种较为理想的选择。石墨烯的存在能够有助于减缓Mn₃O₄在充放电过程中的体积膨胀，除此之外，石墨烯本身的优秀导电性有助于提高Mn₃O₄的导电性能。

目前，石墨烯/Mn₃O₄复合材料的制备方法主要有两种：(1)先采用水热法制备出Mn₃O₄的前驱体(MnOOH)，然后再将前驱体与石墨烯混合均匀，过滤干燥后在氮气气氛下退火(400～450℃)得到石墨烯/Mn₃O₄复合材料；(2)先制备出含有Mn离子和石墨烯的复合溶液(需要10～12h左右)，再将所得溶液进行水热法应最后得到石墨烯/Mn₃O₄复合材料。这两种方法存在一定的缺陷：(1)步骤多，需要先制备出Mn基前驱体，与石墨烯复合后还需要高温烧结；(2)制备Mn基/石墨烯前驱体溶液时间比较久。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种更简单，更高效的石墨烯/Mn₃O₄复合材料的制备方法，具体通过以下技术方案实现：

一种石墨烯/Mn₃O₄复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将锰盐、丙三醇、氧化石墨烯、异丙醇和水混合，搅拌0.4～0.6h，得到混合液A；

S2：将混合液A按照2～4℃/min的速率升温至170～190℃，然后恒温加热5～7h，待冷却至室温后得到产物B；

S3：对产物B进行离心清洗、冷冻干燥，得到石墨烯/Mn₃O₄复合材料。

在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S1中，所述锰盐为乙酸锰、硫酸锰、硝酸锰中的至少一种。