[发明专利]生物质碳/Ga2

说明书

本发明提供一种生物质碳/Ga₂O₃复合材料的制备方法及作为锂离子电池负极材料的应用。其具体操作如下：将香蒲果穗在氢氧化钠溶液中超声处理，再用去离子水清洗干净，烘干；取一定量硝酸加入去离子水中，搅拌均匀后加入适量Ga(NO₃)₃·xH₂O，再向溶液加入适量处理好的香蒲果穗，超声烘干；材料烘干后将其置于N₂环境中，在500‑700℃下煅烧得到生物质碳/Ga₂O₃复合材料。本发明首次将生物质（香蒲）碳/Ga₂O₃复合材料用作锂离子电池负极材料，显示了良好电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，特别涉及一种生物质（香蒲）碳/Ga₂O₃复合材料作为负极材料及其制备方法，属于电化学电源领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们对能源的依存度不断地提高。目前，传统的化石能源如煤、石油、天然气等被大量使用，大气污染、能源危机等问题日益突出，直接影响了人们的生活。因此，人们正积极探寻可代替的清洁能源，太阳能、风能、水能和核能都是可再生的新型能源，然而，由于具有随机性、间歇性、难存储等特点，使得难以稳定应用于日常生活。为提高此类能源的利用率，研发高性能的储能设备迫在眉睫。

锂离子电池作为一种高性能的储能设备，因其能量密度大、工作电压高、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应、可快速充放电等优点，在储能市场占据了主导地位，已广泛地运用于便携式电子设备及动力汽车中。目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨类碳材料，但其理论比容量相对较低，倍率性能差，难以满足下一代高性能锂离子电池的要求。因此，探索新型锂离子电池负极材料尤为重要。

Ga₂O₃是一种超宽禁带无机半导体材料，将Ga₂O₃作为锂离子电池负极材料，具有超高理论容量（~1430mAh g^-1）。然而，本身低的电导性使得Ga₂O₃电化学反应动力学不佳，导致循环性能不理想。香蒲是一种草本植物，抗性强，适应性广，生于低海拔地区池沼、湖泊、水稻田及水湿地，资源丰富，其果穗具有蓬松多孔结构，由大量纤维构成，是一种理想的生物质碳材料。基于以上背景，本专利提供一种生物质方法制备Ga₂O₃与碳均匀复合的负极材料。以碳作为导电增强相和结构模板，显著提升Ga₂O₃电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于开发一种生物质碳/Ga₂O₃复合材料作为锂离子电池负极材料，材料具体制备方法为：

（1）将香蒲果穗在浓度为1-2mol/L氢氧化钠溶液中超声处理2-3h，再用去离子水清洗干净，然后烘干，烘干温度为60-80℃；

（2）向硝酸水溶液中加入Ga(NO₃)₃·xH₂O，Ga(NO₃)₃·xH₂O的浓度为0.1-1.0mmol/mL。

所述的Ga(NO₃)₃·xH₂O，储存：室温，Lot#：C10352573，CAS：69365-72-6。

购自Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd. 1288 Canggong Rd, ShanghaiChemical Industry Park, Shanghai,China(201424).