[發(fā)明專利]石墨烯量子點-生物基活性炭復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810651903.4
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108832107B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石剛;李贏;王力魁;王大偉;倪才華;桑欣欣
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/133;B82Y30/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 楊慧林

本發(fā)明公開了石墨烯量子點?生物基活性炭復(fù)合材料及其制備方法，屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的石墨烯量子點?生物基活性炭復(fù)合材料通過石墨烯量子點對生物基活性炭進行修飾得到，本發(fā)明的石墨烯量子點?生物基活性炭復(fù)合材料用于鋰電池的負極材料，比原本的生物基活性炭具有更高的放電比容量、更高的庫倫效率值、更好的倍率性能和電導(dǎo)率，并且表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能，在鋰電池負極材料研究領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯量子點-生物基活性炭復(fù)合材料及其制備方法，屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相對其它可充電二次電池，鋰離子電池優(yōu)勢十分明顯，首先它安全性好，符合當代社會發(fā)展生產(chǎn)安全永遠放在第一位的主題，鋰離子電池體積小且容量高，符合時代發(fā)展趨勢。鋰離子電池?zé)o污染的優(yōu)點更是獲得了各領(lǐng)域的青睞，從手機電池到電動或混動汽車再到航空航天等領(lǐng)域。隨著科技的不斷革新，人們對于鋰離子電池有了更高的要求，鋰離子電池創(chuàng)新迫在眉睫，國內(nèi)外大批學(xué)者正在致力于綜合性能更好的鋰離子電池研究。而鋰離子負極材料的研究對改善鋰離子電池的性能，對現(xiàn)實生活和科技發(fā)展等方面有著深遠的意義。

近年來，生物質(zhì)廢棄物因為具有低成本、環(huán)保、可再生等優(yōu)點，已經(jīng)成為一種最具發(fā)展?jié)撃艿墓δ懿牧希瑐涫芮嗖A，以其為原料制備的活性炭擁有高比表面、富含微孔，且表現(xiàn)出了某些良好的電化學(xué)性能，引起了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。迄今為止，關(guān)于活性炭的電化學(xué)性能研究主要集中于雙電層電容和超級電容器等領(lǐng)域的研究，相比之下，生物質(zhì)炭作為鋰離子電池負極材料的研究比較少。Fey等以稻殼為原料，通過高溫?zé)峤庵苽涞練せ钚蕴浚M行電化學(xué)性能研究分析，發(fā)現(xiàn)自制的稻殼活性炭作為電極材料組裝的電池在電化學(xué)性能上具有亮點，比如放電比容量高，但是效率很低，并且存在循環(huán)性能不足，電導(dǎo)性能不足等缺陷，仍需進一步研究。

石墨烯量子點作為石墨烯家族的一員，其尺寸僅為幾納米，相比于石墨烯家族的其它成員，它在量子限域效應(yīng)和邊界效應(yīng)上有獨特的優(yōu)勢，因此，常常被用來對某些材料進行改性石墨烯量子點在很多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用潛能，其中，在超級電容器、光電器件等領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。盡管生物質(zhì)炭和石墨烯量子點都具有巨大的電化學(xué)應(yīng)用潛能，然而，關(guān)于石墨烯量子點修飾生物質(zhì)炭的電化學(xué)性能研究鮮有報道 。

發(fā)明內(nèi)容

為解決這些問題，本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯量子點-生物基活性炭復(fù)合材料，本發(fā)明用石墨烯量子點修飾后的生物基活性炭比原本的生物基活性炭具有更高的放電比容量、更高的庫倫效率值、更好的倍率性能和電導(dǎo)率，并且表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能，在鋰電池負極材料研究領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的第一個目的是提供一種石墨烯量子點-生物基活性炭復(fù)合材料，包括生物基活性炭，所述生物基活性炭表面通過氫鍵連接石墨烯量子點，所述生物基活性炭為微介孔結(jié)構(gòu)，所述微介孔結(jié)構(gòu)的孔隙中物理吸附石墨烯量子點。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述石墨烯量子點為氨基酸功能化石墨烯量子點、氨基功能化石墨烯量子點或胺基功能化石墨烯量子點。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述氨基酸功能化石墨烯量子點為苯丙氨酸功能化石墨烯量子點、組氨酸功能化石墨烯量子點、纈氨酸功能化石墨烯量子點或賴氨酸功能化石墨烯量子點。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述生物基活性炭為谷殼活性炭、秸稈活性炭、果殼活性炭、草莖活性炭或生物質(zhì)殘渣活性炭。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述秸稈活性炭為小麥秸稈活性炭、水稻秸稈活性炭、玉米秸稈活性炭、大豆秸稈活性炭或辣椒秸稈活性炭。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述果殼活性炭為核桃殼活性炭、稻殼活性炭或板栗殼活性炭。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述草莖活性炭為雜草莖活性炭。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述生物質(zhì)殘渣活性炭為甘蔗渣活性炭或甜菜渣活性炭。