[发明专利]亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料的制备方法，其特征在于，以柠檬酸和硫脲作为原料，在水热过程中发生缩聚反应，生成亲锂性石墨烯量子点；再将亲锂性石墨烯量子点溶液旋涂到锂金属表面；具体步骤如下：

（1）制备亲锂性石墨烯量子点：

将0.1-0.3克的柠檬酸和0.2-0.7克的硫脲溶解到5-15毫升去离子水中，得到反应液；将反应液倒入水热釜中，密封后放到烘箱中，在140-180摄氏度的条件下水热反应4-6小时；反应结束后，将反应液降至室温，并用0.5-1.0摩尔/升的氢氧化钠溶液调节pH到5-6，再用3000-4000道尔顿分子量截止的透析袋透析4-8小时，然后将亲锂性石墨烯量子点冷冻干燥24-48小时，即得目标产物亲锂性石墨烯量子点材料；

（2）制备亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料：

将亲锂性石墨烯量子点材料溶解在有机溶剂二甲亚砜和乙腈的混合液中，二甲亚砜和乙腈的体积比为3:（4-6）；并将亲锂性石墨烯量子点溶液旋涂到锂金属表面，转速为1000-2000转/秒，时间为60-90秒，重复旋涂1-5次，得到亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料；其中亲锂性石墨烯量子点涂层厚度为20-100纳米。

2.一种由权利要求1所述制备方法得到的亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料，其中的石墨烯量子点具有核壳结构，核部是sp²杂化的碳组成的石墨晶相，壳部是富含氧、氮、硫高电负性元素的聚合物短链：该石墨烯量子点具有高锂离子亲和性，可以吸附锂离子，从而改善锂金属负极表面锂离子浓度耗尽问题，促进金属锂均匀快速沉积；此外，亲锂性石墨烯量子点超薄涂层具有高的力学模量，可有效抑制锂枝晶的生长。

3.如权利要求2所述的亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，用于对称电池中，具体步骤如下：

以双三氟甲磺酰亚胺锂为电解质盐、1,3-二氧戊环和1,2-乙二醇二甲醚为电解质溶剂、硝酸锂作为电解液添加剂组成电池电解液；以Celgard 2400 为隔膜，以亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料为负极，组装成对称电池；其中，1,3-二氧戊环和1,2-乙二醇二甲醚的体积比为1:（1-2）；双三氟甲磺酰亚胺锂浓度为0.5-1.5摩尔/升，硝酸锂质量浓度为2-5%。

5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，用于锂-空气电池中，具体步骤如下：

以亲锂性石墨烯量子点/锂复合材料为负极，取向碳纳米管膜为正极，电解液以三氟甲磺酸锂为电解质、四乙二醇二甲醚为电解质溶剂、碘化锂为电解质添加剂，隔膜用沃特曼玻璃纤维滤纸，组装得到世伟洛克锂-空气全电池；其中，三氟甲磺酸锂的浓度为0.5-1.5摩尔/升。