本发明专利技术公开一种二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法，其结构以碳纤维织物为载体，把二氧化锰/纳米碳复合材料或者二氧化锰分散于碳纤维织物载体上制备成二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极材料，本发明专利技术的制备工艺简单，得到的电极材料比电容高，循环性好，具有柔性结构。以二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极为正极，以含锌离子的水溶液为电解液，以锌为负极可组装成可充电锌离子电池；以二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极为正极，以含镍离子的水溶液为电解液，以镍为负极可组装成可充电镍离子电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能器件电极材料的制备领域，特别涉及一种二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法和基于其的高容量可充电锌离子电池和镍离子电池。
技术介绍
在信息化时代，人们对储能设备的要求与日俱增。作为两种非常重要的储能器件——电池和电容器，其整体性能很大程度上取决于电极材料的性能。因此，高性能电极材料的研究和制备至关重要。 可充电锌离子电池和可充电镍离子电池是两种新型低成本、安全和环保的新型电池。锌离子电池储存电子的机理如下：正极： （1）负极： （2）可充电镍离子电池储存电子的机理如下：正极： （1）负极： （2）前期专利[PCT/CN2014/074751, PCT/CN2014/072875]揭示可充电锌离子电池和镍离子电池都是用二氧化锰或者二氧化锰/纳米碳作为正极电极材料，其正极通过二氧化锰粉体或者二氧化锰/纳米碳分散和导电剂、粘结剂分散于分散剂中，并通过搅拌混合均匀后附载于不锈钢集流体上，所以这样的电极制备方法复杂，而且不锈钢集流体为非活性材料并且密度大，因此不锈钢降低了电池整体容量和能量密度。为了进一步改进电极的特性，增加电极的导电性，降低集流体的重量，本专利公开一种二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法，其结构以碳纤维织物为载体，把二氧化锰/纳米碳或者二氧化锰分散于碳纤维织物载体上，利用密度低的碳纤维织物同时为集流体和载体，增加电池的容量和能量密度。制备方法A：(a) 制备二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体；(b) 将步骤(a)制备的二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体分散并负载于碳纤维织物上。制备方法B：(a) 将纳米碳分散于碳纤维织物上；(b) 将步骤(a)制备的纳米碳/碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极。方法C：将碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/碳纤维织物电极。本专利技术的制备工艺简单，得到的电极材料比电容高，循环性好，具有柔性结构。这种结构的二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极可用于锌离子电池或者镍离子电池作为正极。以二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极为正极，以含锌离子的水溶液为电解液，以锌为负极可组装成可充电锌离子电池；以二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极为正极，以含镍离子的水溶液为电解液，以镍为负极可组装成可充电锌离子电池。
技术实现思路
本专利技术创新点是提供一种二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法，该方法所制备的二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料无需添加粘结剂，无需额外的涂膜工艺，且电化学性能优异。本专利技术的一种纳米碳/二氧化锰/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法，其结构以碳纤维织物为载体，把二氧化锰/纳米碳或者二氧化锰分散于碳纤维织物载体上，具体制备过程为： 方法A：(a) 制备二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体；(b) 将步骤(a)制备的二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体分散并负载于碳纤维织物上; 方法B：(a) 将纳米碳分散于碳纤维织物上；(b) 将步骤(a)制备的纳米碳/碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极; 方法C：将碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/碳纤维织物电极。所述的纳米碳为石墨烯、碳纳米管、富勒烯、纳米碳纤维、活性炭等。所述的碳纤维织物为由碳纤维、碳纳米纤维等线状碳材料通过编织而成的材料。所述的碳纤维织物为未经活化的碳纤维织物和活化之后的碳纤维织物。所述的碳纤维织物为一维碳纤维布、二维碳纤维布、三维碳纤维毡子。 本方法制备的二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料不含粘接剂，无需涂膜，可直接应用在锌离子电池和镍离子电池上，简化了制备工艺，提高了电极的电化学性能；此外，由于制备的二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料保持了碳纤维织物基体的柔性特点，因而可用于柔性能量存储器件的制备。 本方法制备的二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料可制备锌离子电池，一种锌离子可充电电池的制造方法，其特征是包括如下步骤：将锌负极、电解液和所述二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物正极封装得到锌离子可充电电池。所述电解液包含有锌离子或者锌离子和二价锰离子。可充电锌离子电池可以是扣式、方形或者圆柱形电池。 本方法制备的二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料可制备镍离子电池，一种镍离子可充电电池的制造方法，其特征是，包括如下步骤：将镍负极、电解液和所述二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物正极封装得到镍离子可充电电池。所述电解液包含有镍离子或者镍离子和二价锰离子。可充电镍离子电池可以是扣式、方形或者圆柱形电池。附图说明图1为实施例1制备的石墨烯纳米碳/二氧化锰粉体的扫描电镜图片；图2为实施例1制备的石墨烯纳米碳/二氧化锰/三维活性碳纤维毡子自支撑电极材料的扫描电镜图片和光学照片（插图）；图3为实施例2制备的碳纳米管纳米碳/二氧化锰粉体的扫描电镜图片；图4为实施例3制备的二氧化锰/石墨烯纳米碳/未经活化的二维碳纤维布自支撑电极材料的扫描电镜图片。图5为实施例4可充电锌离子电池的充放电曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，本专利技术技术方案不局限于以下所例举的具体实施例，还包括各具体实施例之间的任意组合。实施例1： 制备了二氧化锰/石墨烯纳米碳/三维活性碳纤维毡子自支撑电极材料，包括两步。（1）利用高锰酸钾溶液与石墨烯之间的反应制备了石墨烯纳米碳/二氧化锰粉体：室温下，称量22.2g的将二-（2-乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠（AOT）溶解于500ml的异辛烷中，玻璃棒搅拌溶解后得到0.1mol/L的AOT异辛烷溶液；向得到的溶液中加入0.9396g石墨烯粉末，超声30min后，石墨烯分散均匀，得到黑色悬浊液；向该悬浊液中加入27ml的高锰酸钾水溶液，继续超声反应1h，得到棕色悬浊液；取出该悬浊液进行真空抽滤并用乙醇洗涤；然后置于80 ℃鼓风烘箱中干燥12 h，研磨后得到石墨烯纳米碳/二氧化锰粉体，其中二氧化锰的质量分数为20%。（2）将步骤（1）制得的石墨烯纳米碳/二氧化锰粉体引入到三维活性碳纤维毡子里：取0.25g石墨烯纳米碳/二氧化锰粉体加入到50ml去离子水中，细胞粉碎2h，得到质量分数为0.5%的分散液。将三维活性碳纤维毡子浸泡在该分散液中2min后取出，放在盛有液氮的保温杯中冷冻30min，冷冻干燥后得到二氧化锰/石墨烯纳米碳/三维活性碳纤维毡子复合材料电极。从图1石墨烯纳米碳/二氧化锰粉体的扫描电镜图片能够看出，石墨烯片层的表面可被二氧化锰颗粒附着；从图2石墨烯纳米碳/二氧化锰/三维活性碳纤维毡子复合材料电极具有稳定的自支撑结构（插图），其扫描电镜图片本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法，其结构以碳纤维织物为载体，把纳米碳和二氧化锰分散于碳纤维织物载体上，具体制备过程为：方法A：(a) 制备二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体；(b) 将步骤(a)制备的二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体分散并负载于碳纤维织物上;方法B：(a) 将纳米碳分散于碳纤维织物上；(b) 将步骤(a)制备的纳米碳/碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极;方法C：将碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/碳纤维织物电极。
【技术特征摘要】
1.一种二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法，其结构以碳纤维织物为载体，把纳米碳和二氧化锰分散于碳纤维织物载体上，具体制备过程为：方法A：(a) 制备二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体；(b) 将步骤(a)制备的二氧化锰粉体或者纳米碳/二氧化锰粉体分散并负载于碳纤维织物上;方法B：(a) 将纳米碳分散于碳纤维织物上；(b) 将步骤(a)制备的纳米碳/碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物电极;方法C：将碳纤维织物在高锰酸钾溶液中浸渍沉积二氧化锰制备二氧化锰/碳纤维织物电极。2.根据权利要求1所述的一种二氧化锰/纳米碳/碳纤维织物自支撑电极材料的制备方法，其特征在于所述的纳米碳为石墨烯、碳纳米管、...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏春光，
申请(专利权)人：深圳市寒暑科技新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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