[发明专利]石墨烯量子点-生物基活性炭复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了石墨烯量子点‑生物基活性炭复合材料及其制备方法，属于锂电池材料技术领域。本发明的石墨烯量子点‑生物基活性炭复合材料通过石墨烯量子点对生物基活性炭进行修饰得到，本发明的石墨烯量子点‑生物基活性炭复合材料用于锂电池的负极材料，比原本的生物基活性炭具有更高的放电比容量、更高的库伦效率值、更好的倍率性能和电导率，并且表现出良好的循环性能，在锂电池负极材料研究领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及石墨烯量子点-生物基活性炭复合材料及其制备方法，属于锂电池材料技术领域。

背景技术

相对其它可充电二次电池，锂离子电池优势十分明显，首先它安全性好，符合当代社会发展生产安全永远放在第一位的主题，锂离子电池体积小且容量高，符合时代发展趋势。锂离子电池无污染的优点更是获得了各领域的青睐，从手机电池到电动或混动汽车再到航空航天等领域。随着科技的不断革新，人们对于锂离子电池有了更高的要求，锂离子电池创新迫在眉睫，国内外大批学者正在致力于综合性能更好的锂离子电池研究。而锂离子负极材料的研究对改善锂离子电池的性能，对现实生活和科技发展等方面有着深远的意义。

近年来，生物质废弃物因为具有低成本、环保、可再生等优点，已经成为一种最具发展潜能的功能材料，备受青睐，以其为原料制备的活性炭拥有高比表面、富含微孔，且表现出了某些良好的电化学性能，引起了国内外研究人员的广泛关注。迄今为止，关于活性炭的电化学性能研究主要集中于双电层电容和超级电容器等领域的研究，相比之下，生物质炭作为锂离子电池负极材料的研究比较少。Fey等以稻壳为原料，通过高温热解制备稻壳活性炭，进行电化学性能研究分析，发现自制的稻壳活性炭作为电极材料组装的电池在电化学性能上具有亮点，比如放电比容量高，但是效率很低，并且存在循环性能不足，电导性能不足等缺陷，仍需进一步研究。

石墨烯量子点作为石墨烯家族的一员，其尺寸仅为几纳米，相比于石墨烯家族的其它成员，它在量子限域效应和边界效应上有独特的优势，因此，常常被用来对某些材料进行改性石墨烯量子点在很多领域有着广阔的应用潜能，其中，在超级电容器、光电器件等领域已经得到应用。尽管生物质炭和石墨烯量子点都具有巨大的电化学应用潜能，然而，关于石墨烯量子点修饰生物质炭的电化学性能研究鲜有报道 。

发明内容

为解决这些问题，本发明的目的是提供一种石墨烯量子点-生物基活性炭复合材料，本发明用石墨烯量子点修饰后的生物基活性炭比原本的生物基活性炭具有更高的放电比容量、更高的库伦效率值、更好的倍率性能和电导率，并且表现出良好的循环性能，在锂电池负极材料研究领域具有很好的应用前景。

本发明的第一个目的是提供一种石墨烯量子点-生物基活性炭复合材料，包括生物基活性炭，所述生物基活性炭表面通过氢键连接石墨烯量子点，所述生物基活性炭为微介孔结构，所述微介孔结构的孔隙中物理吸附石墨烯量子点。

在本发明的一种实施方式中，所述石墨烯量子点为氨基酸功能化石墨烯量子点、氨基功能化石墨烯量子点或胺基功能化石墨烯量子点。

在本发明的一种实施方式中，所述氨基酸功能化石墨烯量子点为苯丙氨酸功能化石墨烯量子点、组氨酸功能化石墨烯量子点、缬氨酸功能化石墨烯量子点或赖氨酸功能化石墨烯量子点。

在本发明的一种实施方式中，所述生物基活性炭为谷壳活性炭、秸秆活性炭、果壳活性炭、草茎活性炭或生物质残渣活性炭。

在本发明的一种实施方式中，所述秸秆活性炭为小麦秸秆活性炭、水稻秸秆活性炭、玉米秸秆活性炭、大豆秸秆活性炭或辣椒秸秆活性炭。

在本发明的一种实施方式中，所述果壳活性炭为核桃壳活性炭、稻壳活性炭或板栗壳活性炭。

在本发明的一种实施方式中，所述草茎活性炭为杂草茎活性炭。

在本发明的一种实施方式中，所述生物质残渣活性炭为甘蔗渣活性炭或甜菜渣活性炭。