CN105870431B - 介孔MnO2/C的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种介孔MnO2/C的制备方法，制备的介孔MnO2/C材料适用于电池领域，在有序介孔MnO2中引入碳素材料膨胀石墨，不仅提高了材料的电子电导率和离子电导率，碳材料还可以作为金属氧化物的支撑来有效减少氧化物在充放电过程中的体积膨胀导致的结构坍塌，从而有效提高了电池的充放电容量，倍率特性和循环寿命，为高比能量、轻量化的锂离子电池设计提供了方向。

Description

介孔MnO2/C的制备方法
技术领域
本发明涉及介孔MnO2/C的制备方法。
背景技术
孔径小于2纳米的孔称为微孔，孔径大于50纳米的孔称为大孔，那么孔径介于这两种之间的孔材料叫做介孔材料。其具有比表面积大，三维规整孔道等优点。介孔材料的发现及研究对人类的发展有划时代的意义。介孔材料拥有很多独有的优异特性：例如它的孔道呈三维状，有序性好；孔径分布均匀单一，且孔径尺寸跨度大；介孔形状多种多样；进而可以通过改变反应条件可以得到高热稳定性和水热稳定性的新型材料。介孔材料的研究实验表明其在催化作用、吸附特性及光电磁等许多领域的都有很大潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种介孔MnO2/C的制备方法，制备的介孔MnO2/C材料适用于电池领域，在有序介孔MnO2中引入碳素材料膨胀石墨，不仅提高了材料的电子电导率和离子电导率，碳材料还可以作为金属氧化物的支撑来有效减少氧化物在充放电过程中的体积膨胀导致的结构坍塌，从而有效提高了电池的充放电容量，倍率特性和循环寿命，为高比能量、轻量化的锂离子电池设计提供了方向。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种介孔MnO2/C的制备方法，包括如下步骤：
1）称取2质量份P123（聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物 PEO-PPO-PEO）充分溶解于19质量份2mol/L盐酸和57质量份去离子水中，溶液澄清后加入2质量份正丁醇搅拌0.5h；
2）向步骤1）所得溶液中加入0.3～1.2质量份的膨胀石墨，缓慢搅拌24h使膨胀石墨与溶液充分混合；
3）向步骤2）的体系中加入4.3质量份正硅酸四乙酯，35℃水浴搅拌24h，装釜100℃水热反应24h；
4）取出反应釜，抽滤，滤渣不用清洗，得到滤渣后，将滤渣放于表面皿中，然后将表面皿放于100℃烘箱反应24h；
5）焙烧，升温制度为：升温至200℃保温30min，再升温至550℃保温5h，制得KIT-6/C复合多孔材料；
6）取4.15质量份硝酸锰溶解于20质量份无水乙醇中，加入步骤5）所得KIT-6/C复合多孔材料，室温搅拌，直到反应物由混合液变为粉末状，即反应中的乙醇和水充分的挥发；
7）将步骤6）所得产物放入马弗炉中焙烧，升温制度为：以1℃/min的升温速率从室温升至350℃，保温5h；
8）将步骤7）所得产物浸渍在2mol/L的氢氧化钠溶液中，溶解除去产物中的硅，每次浸泡时间24h，反复浸泡处理二至三次；
9）醇洗，直至加入产物中的乙醇溶液显中性，室温晾干，得到终产物。
优选的，所述步骤2）中膨胀石墨的用量为0.3质量份、0.52质量份、0.804质量份或1.2质量份。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种介孔MnO2/C的制备方法，制备的介孔MnO2/C材料适用于电池领域，在有序介孔MnO2中引入碳素材料膨胀石墨，不仅提高了材料的电子电导率和离子电导率，碳材料还可以作为金属氧化物的支撑来有效减少氧化物在充放电过程中的体积膨胀导致的结构坍塌，从而有效提高了电池的充放电容量，倍率特性和循环寿命，为高比能量、轻量化的锂离子电池设计提供了方向。
本发明使用介孔KIT-6为模版，膨胀石墨为支架，可以通过低温热处理和化学过程翻模得到介孔结构的MnO2/C复合材料。
本发明介孔MnO2/C材料应用于锂离子电池负极材料时，其有序介孔结构及膨胀石墨的支架结构为复合材料提高了快速的电子和离子传导能力，材料表现出优良的倍率性能和循环能力。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
一种介孔MnO2/C的制备方法，包括如下步骤：
1）称取2质量份P123（聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物 PEO-PPO-PEO）充分溶解于19质量份2mol/L盐酸和57质量份去离子水中，溶液澄清后加入2质量份正丁醇搅拌0.5h；
2）向步骤1）所得溶液中加入0.3～1.2质量份的膨胀石墨，缓慢搅拌24h使膨胀石墨与溶液充分混合；
3）向步骤2）的体系中加入4.3质量份正硅酸四乙酯，35℃水浴搅拌24h，装釜100℃水热反应24h；
4）取出反应釜，抽滤，滤渣不用清洗，得到滤渣后，将滤渣放于表面皿中，然后将表面皿放于100℃烘箱反应24h；
5）焙烧，升温制度为：升温至200℃保温30min，再升温至550℃保温5h，制得KIT-6/C复合多孔材料；
6）取4.15质量份硝酸锰溶解于20质量份无水乙醇中，加入步骤5）所得KIT-6/C复合多孔材料，室温搅拌，直到反应物由混合液变为粉末状，即反应中的乙醇和水充分的挥发；
7）将步骤6）所得产物放入马弗炉中焙烧，升温制度为：以1℃/min的升温速率从室温升至350℃，保温5h；
8）将步骤7）所得产物浸渍在2mol/L的氢氧化钠溶液中，溶解除去产物中的硅，每次浸泡时间24h，反复浸泡处理二至三次；
9）醇洗，直至加入产物中的乙醇溶液显中性，室温晾干，得到终产物。
优选的，所述步骤2）中膨胀石墨的用量为0.3质量份、0.52质量份、0.804质量份或1.2质量份。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.介孔MnO2/C的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）称取2质量份P123充分溶解于19质量份2mol/L盐酸和57质量份去离子水中，溶液澄清后加入2质量份正丁醇搅拌0.5h；
2）向步骤1）所得溶液中加入0.3～1.2质量份的膨胀石墨，缓慢搅拌24h使膨胀石墨与溶液充分混合；
3）向步骤2）的体系中加入4.3质量份正硅酸四乙酯，35℃水浴搅拌24h，装釜100℃水热反应24h；
4）取出反应釜，抽滤，滤渣不用清洗，得到滤渣后，将滤渣放于表面皿中，然后将表面皿放于100℃烘箱反应24h；
5）焙烧，升温制度为：升温至200℃保温30min，再升温至550℃保温5h，制得KIT-6/C复合多孔材料；
6）取4.15质量份硝酸锰溶解于20质量份无水乙醇中，加入步骤5）所得KIT-6/C复合多孔材料，室温搅拌，直到反应物由混合液变为粉末状；
7）将步骤6）所得产物放入马弗炉中焙烧，升温制度为：以1℃/min的升温速率从室温升至350℃，保温5h；
8）将步骤7）所得产物浸渍在2mol/L的氢氧化钠溶液中，溶解除去产物中的硅，每次浸泡时间24h，反复浸泡处理二至三次；
9）醇洗，直至加入产物中的乙醇溶液显中性，室温晾干，得到终产物。
2.根据权利要求1所述的介孔MnO2/C的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中膨胀石墨的用量为0.3质量份、0.52质量份、0.804质量份或1.2质量份。
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