一种良好充放电性能的负极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电极材料制作技术领域，具体涉及一种良好充放电性能的负极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]负极指电源中电位(电势)较低的一端。在原电池中，是指起氧化作用的电极，电池反应中写在左边。从物理角度来看，是电路中电子流出的一极。而负极材料，则是指电池中构成负极的原料，目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料和纳米级负极材料。
[0003]目前用于超级电容器的电极材料主要有碳、过渡金属氧化物以及导电聚合物。碳材料是当前研究和应用最为广泛的超级电容器电极材料，它主要包括活性碳、活性碳纤维、碳纳米管和石墨烯等。其中，活性碳材料由于具有稳定的使用寿命、低廉的价格及大规模的工业化生产基础，在目前的超级电容器商品中被广泛采用。但是，活性碳材料比较容易被氧化，导致碳基超级电容器内阻较大，高频特性差，而且活性碳材料的导电性较差。诸多缺陷让它很难满足电动汽车等对超级电容器高能量、高功率密度的迫切需求。导电聚合物具有循环稳定性差的缺点。这就需要科研人员找到更合适的新材料。
[0004]二氧化锰类材料，具有价格低廉、对环境友好以及电化学工作窗口宽的显著优点，更重要的是，二氧化锰基超级电容器可采用中性电解质溶液(如硫酸钠、氯化钾的水溶液等)，而不像其他金属氧化物或碳基超级电容器必须采用强酸强碱电解质，这使二氧化锰基超级电容器的组装及使用更安全、更方便。目前，制备氧化锰的方法主要有:水热法、溶胶_凝胶法、模板法、声化学法、氧化还原法和高温分解法等。通过以上方法制出各种形貌的氧化锰纳米材料，然而由于这些材料孔隙率低，无发达的电子导电通路，性能不高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，使器件可以具有良好的容量和倍率性能；提高电池的能量密度，并且碳材料本身巨大的表面吸附作用能有效改善电池的循环性能；使锰基超级电容器的电极材料使用更安全、更方便，制备工艺简单，成本低，适宜于工业化生产。
[0006]本发明采取的技术方案为:
一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(O制硫/碳复合材料:按照重量比1:10将碳材料与硫磺粉放入二氧化锆球磨罐，将球磨罐注入高纯惰性气体后，控制球磨转速为300-350转/分钟，球磨2-2.5h ；
(2)超声处理:把硫/碳复合材料加入质量浓度为20-25%的含锰材料水溶液中，然后在功率为800-2000瓦每平方厘米，频率为50-100千赫兹的超声反应器中，控制温度为40-50°C下超声处理4-6h ；
(3)洗涤:将超声处理后的复合材料分散在的有机溶剂中，加入过硫酸铵水溶液调pH=2-3，控制温度为60-70°C，搅拌反应3_4h，然后离心分离，洗涤，使其完全均匀地分散；
(4)干燥:在含氢还原混合气体保护下在155-180°C焙烧3-4h，得到含锰多孔硫碳/氧化锰纳米复合材料。
[0007]上述步骤(2)中的含锰材料为高锰酸钾和碳酸锰按照摩尔比2:1组成的混合物。
[0008]上述步骤(3)中的有机溶剂为体积比为3: I的氯仿和丙酮混合物。
[0009]根据权利要求1所述的一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中的含氢还原混合气体为氢气和氩气按照摩尔比2:1组成的混合气体。
[0010]本发明的有益效果为:
1、本发明提供的硫/碳复合材料具有高的比表面积和和电子电导率，从而使器件可以具有良好的容量和倍率性能；
2、原料经济环保，能够负载高含量的活性物质材料硫，提高电池的能量密度，并且碳材料本身巨大的表面吸附作用能有效改善电池的循环性能；
3、锰材料具有环境友好性以及电化学工作窗口宽的显著优点，使锰基超级电容器的电极材料使用更安全、更方便，制备工艺简单，成本低，适宜于工业化生产。
【具体实施方式】
[0011]实施例1
一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)制硫/碳复合材料:按照重量比1:10将碳材料与硫磺粉放入二氧化锆球磨罐，将球磨罐注入高纯惰性气体后，控制球磨转速为300转/分钟，球磨2.5h ；
(2)超声处理:把硫/碳复合材料加入质量浓度为20%的高锰酸钾和碳酸锰按照摩尔比2:1组成的含锰材料水溶液中，然后在功率为2000瓦每平方厘米，频率为100千赫兹的超声反应器中，控制温度为40°C下超声处理6h ；
(3)洗涤:将超声处理后的复合材料分散在的体积比为3: I的氯仿和丙酮组成的有机溶剂中，加入过硫酸铵水溶液调pH=2-3，控制温度为60°C，搅拌反应4h，然后离心分离，洗涤，使其完全均匀地分散；
(4)干燥:在氢气和氩气按照摩尔比2:1组成的含氢还原混合气体保护下在160°C焙烧4h，得到含锰多孔硫碳/氧化锰纳米复合材料。
[0012]实施例2
一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(O制硫/碳复合材料:按照重量比1:10将碳材料与硫磺粉放入二氧化锆球磨罐，将球磨罐注入高纯惰性气体后，控制球磨转速为350转/分钟，球磨2h ；
(2)超声处理:把硫/碳复合材料加入质量浓度为25%的高锰酸钾和碳酸锰按照摩尔比2:1组成的含锰材料水溶液中，然后在功率为2000瓦每平方厘米，频率为100千赫兹的超声反应器中，控制温度为50°C下超声处理4h ；
(3)洗涤:将超声处理后的复合材料分散在的体积比为3: I的氯仿和丙酮组成的有机溶剂中，加入过硫酸铵水溶液调pH=2-3，控制温度为70°C，搅拌反应3h，然后离心分离，洗涤，使其完全均匀地分散；
(4)干燥:在氢气和氩气按照摩尔比2:1组成的含氢还原混合气体保护下在180°C焙烧 3h，得到含锰多孔硫碳/氧化锰纳米复合材料。
【主权项】
1.一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)制硫/碳复合材料:按照重量比1:10将碳材料与硫磺粉放入二氧化锆球磨罐，将球磨罐注入高纯惰性气体后，控制球磨转速为300-350转/分钟，球磨2-2.5h ； (2)超声处理:把硫/碳复合材料加入质量浓度为20-25%的含锰材料水溶液中，然后在功率为800-2000瓦每平方厘米，频率为50-100千赫兹的超声反应器中，控制温度为40-50°C下超声处理4-6h ； (3)洗涤:将超声处理后的复合材料分散在的有机溶剂中，加入过硫酸铵水溶液调pH=2-3，控制温度为60-70°C，搅拌反应3_4h，然后离心分离，洗涤，使其完全均匀地分散； (4)干燥:在含氢还原混合气体保护下在155-180°C焙烧3-4h，得到含锰多孔硫碳/氧化锰纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的含锰材料为高锰酸钾和碳酸锰按照摩尔比2:1组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的有机溶剂为体积比为3: I的氯仿和丙酮混合物。
4.根据权利要求1所述的一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，4、所述步骤中的含氢还原混合气体为氢气和氩气按照摩尔比2:1组成的混合气体。
【专利摘要】本发明公开了一种良好充放电性能的负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制硫/碳复合材料；（2）超声处理；（3）洗涤；（4）干燥。本发明提供的硫/碳复合材料具有高的比表面积和和电子电导率，从而使器件可以具有良好的容量和倍率性能；原料经济环保，能够负载高含量的活性物质材料硫，提高电池的能量密度，并且碳材料本身巨大的表面吸附作用能有效改善电池的循环性能；锰材料具有环境友好性以及电化学工作窗口宽的显著优点，使锰基超级电容器的电极材料使用更安全、更方便，制备工艺简单，成本低，适宜于工业化生产。
【IPC分类】H01G11-86, H01G11-30, H01G11-24
【公开号】CN104733186
【申请号】CN201310718574
【发明人】于桂菊
【申请人】于桂菊
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月24日