The invention discloses a silicon embedded reduced graphene oxide / graphite carbon nitride composite material and its preparation and application, wherein the silicon embedded reduced graphene oxide / graphite carbon nitride composite material as matrix material, including oxidation reduction of graphene / graphite carbon nitride composite matrix, as the active center and uniform the dispersion is embedded in the reduced graphene oxide / silica nano spheres layer gap of graphite carbon nitride composite matrix within and at the surface of silica nano spheres can be enhanced between the active center and base material chemical bonding force of carbon layer. The invention of the silicon embedded oxidation reduction of graphene / graphite carbon nitride composite material has good electrochemical properties, biocompatibility and excellent structural stability, can play a good synergy between the components, and has a batch of high stability, easy to achieve the scale of production.
【技术实现步骤摘要】
一种硅镶嵌氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合材料及其制备和应用
本专利技术涉及硅镶嵌氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合材料及其制备和应用,具体涉及一种硅镶嵌氧化还原石墨烯/层片状氮化碳复合负极体系及其制备方法,一种可用作锂离子电池负极材料的可逆容量高、循环性能好的硅基复合负极体系,属于锂离子电池领域。
技术介绍
锂离子电池因其高比能量、高工作电压、宽温度范围、无污染、长储存寿命等优势备受关注。作为高效电能储存与转换的绿色装置,锂离子电池被认为是小型载运工具真正实现零排放的理想动力电源。随着手机、笔记本电脑等便携式数码电子产品的快速发展以及对电动汽车的急切需求,使得寻求高能量密度的锂离子电池成为国内外科技工作者的研究热点。传统商业化锂离子电池均采用石墨类材料作为其负极材料,是目前发现的综合电化学性能最好的材料。但由于石墨类材料的理论容量只有372mAh/g,与有机溶剂相容性较差,这些问题严重限制了电池系统的动力学性能。这也是锂离子电池在动力电池领域应用的瓶颈问题之一。因此,寻找更高能量密度的负极材料体系是锂离子电池亟需研究的重要课题。目前研究最多的负极材料主要是过渡金属氧化物和合金类材料。在已知的储锂负极材料中,硅以具有高的理论比容量(4200mAh/g)大的体积能量密度(9786mAh/cm3)和相对适中的脱锂电压平台而备受关注。但硅在电化学脱嵌锂过程中的体积效应(>300%)也最为显著,使其电化学循环性能急剧恶化。因此,目前对硅的研究重点就是采用各种改性手段来提高硅的循环性能。针对硅负极材料存在的问题,从材料结构考虑,常用的解决方法是将硅材料纳米化和复合化。 ...
【技术保护点】
一种硅镶嵌氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合材料,其特征在于,包括作为基体材料的氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体、作为活性中心并均匀分散镶嵌在所述氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体的层片间隙内的纳米硅球以及位于纳米硅球表面可增强活性中心和基体材料之间化学结合力的碳层。
【技术特征摘要】
1.一种硅镶嵌氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合材料,其特征在于,包括作为基体材料的氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体、作为活性中心并均匀分散镶嵌在所述氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体的层片间隙内的纳米硅球以及位于纳米硅球表面可增强活性中心和基体材料之间化学结合力的碳层。2.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于:所述氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体指的是在所述复合材料制备中由尿素或三聚氰胺高温固相反应形成的石墨相氮化碳,均匀镶嵌在氧化还原石墨烯片层内及其表面得到的复合基体,所述氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体的长度为1~20微米,所述氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体中氧化还原石墨烯与石墨相氮化碳的质量比为1:0.1~1:5。3.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于:所述纳米硅球为颗粒尺寸在20~100纳米的硅粉颗粒。4.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于:所述碳层指的是在所述复合材料制备中表面活性剂热分解形成的碳包覆层,位于纳米硅球表面,所述碳层厚度为0.05~5纳米。5.根据权利要求1-5任一权利要求所述的复合材料,其特征在于:所述纳米硅球与所述氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体的质量比为1:0.2~1:5。6.一种硅镶嵌氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合材料的制备方法,其特征在于具有如下步骤:S1、将尿素或三聚氰胺和氧化石墨烯加入醇/水混合溶液,搅拌直至液体全部挥发,得到均匀的尿素或三聚氰胺/氧化石墨烯的混合物;S2、将步骤S1中得到的尿素或三聚氰胺/氧化石墨烯的混合物移入通入氩/氢标准气的管式炉中,进行高温固相反应,整个高温固相反应过程均在氩/氢标准气氛下进行,反应得到的产物即为氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合基体;S3、配置阳离子表面活性剂/水混合溶液;S4、将硅粉颗粒加入到步骤S3中得到的阳离子表面活性剂/水混合溶液中超声震荡至少30分钟,使由于表面效应团聚的硅粉颗粒得到充分分散,与阳离子表面活性剂完全接触,静置30分钟后,离心,洗涤,并真空烘干,得...
【专利技术属性】
技术研发人员:文钟晟,王冠琴,杨彦娥,李嵩,孙俊才,季世军,
申请(专利权)人:大连海事大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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