【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料，具体而言，涉及一种石墨烯量子点与硬碳复合负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、钠离子电池目前最大的瓶颈之一在于负极材料的不成熟，当前钠电负极材料的主流为硬碳，硬碳因易进行结构调控、膨胀率低、原材料丰富等优势在合金类材料、炭基材料、氧化物/磷酸盐、有机化合物负极材料中脱颖而出。
2、然而硬碳面临着钠离子在较小层间距中插层热力学不稳定、高容量和高首效相矛盾、倍率性能较差、循环衰减快、制备工艺复杂、成本高等诸多挑战，所以急需开发出适合钠离子电池的新型负极材料。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯量子点与硬碳复合负极材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中采用硬碳作为钠离子电池的负极材料存在插层热力学不稳定、高容量和高首效相矛盾、倍率性能较差的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种石墨烯量子点与硬碳复合负极材料，该复合负极材料包括石墨烯量子电以及自组装于石墨烯量子点上的硬碳。
3、进一步地，硬碳的表面和/或内部分散有由石墨烯量子点修饰形成的石墨域，优选多个石墨域乱序排布；和/或，石墨烯量子点的至少一侧表面设置有至少一片微晶石墨烯片。
4、进一步地，石墨烯量子点为功能化石墨烯量子点，功能化石墨烯量子点掺杂有异质杂原子，该异质杂原子选自cl、i、br、s或n中的至少一种。
5、进一步地，以该复合负极材料的质量为基准计，异质杂原子的含量为0.1～15wt％。
6、进一步地，石墨烯量子点粒径为1～100nm，优选为1～20nm；且石墨烯量子点的d50为1～50nm，优选为3～10nm。
7、进一步地，该复合负极材料的粒径为1～50μm，优选为2～12μm。
8、进一步地，复合负极材料的比表面积为0.5～100m2/g。
9、进一步地，复合负极材料的层间距d002＝0.370～0.410nm，优选为0.385～0.405nm。
10、进一步地，采用拉曼光谱id/ig表征，该复合负极材料缺陷度为0.8～1.5。
11、为了实现上述目的，根据本专利技术的另一个方面，提供了上述石墨烯量子点与硬碳复合负极材料的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，提供石墨烯量子点，将石墨烯量子点分散在第一溶剂中并与第一碳源混合形成凝胶；步骤s2，将凝胶依次进行冷冻干燥、破碎以及烧结，得到石墨烯量子点与硬碳复合负极材料。
12、进一步地，步骤s1，石墨烯量子点、第一碳源和第一溶剂的质量比为1:20～50:100。
13、进一步地，第一碳源包括木质素、纤维素类物质、糖类物质、树脂类物质、淀粉类物质、单宁酸、柠檬酸、聚乙烯醇或聚乙二醇中的至少一种。
14、进一步地，第二溶剂包括醇和水中的至少一种，其中，醇为c1～c4的醇；优选所述溶剂为醇和水的混合溶液，且两者的体积比为(1～2)：(1～2)。
15、进一步地，混合的温度为500～100℃，优选混合的方式为搅拌。
16、进一步地，步骤s2，冷冻干燥的温度为-15～-5℃，时间为1～4h。
17、进一步地，烧结在惰性气氛下进行，且烧结的温度为1100～1500℃，时间为2～5h；惰性气氛包括氩气、氦气、氮气中的至少一种。
18、进一步地，所述石墨烯量子点为功能化石墨烯量子点，该功能化石墨烯量子点的制备方法包括：将第二碳源分散在第二溶剂中并与还原剂混合后依次进行微波剥离、超声和提纯，得到功能化石墨烯量子点；其中，第二碳源包括单宁酸、葡萄糖或乙二醇中的至少一种；第二溶剂包括水；还原剂包括尿素溶液、氨溶液、氯化氢溶液、碘化氢溶液、溴化氢溶液或硫化氢溶液中的至少一种。
19、进一步地，以还原剂的浓度为0.1mol/l计，第二碳源、第二溶剂和还原剂的质量比为1；5～10:0.1～0.5。
20、应用本申请的技术方案，本申请提供的石墨烯量子点与硬碳复合负极材料，小尺寸石墨烯片堆积并组装于石墨烯量子点上，通过石墨烯量子点与硬碳相互协同，既可以提高复合负极材料的电导率，使电子和钠离子的快速传输和扩散，提升倍率和快充性能，又能够保证高容量、高首效和长循环稳定性，在钠离子电池领域具有广阔的应用前景。
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1.一种石墨烯量子点与硬碳复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括石墨烯量子点以及自组装于所述石墨烯量子点上的硬碳。
2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述硬碳的表面和/或内部分散有由石墨烯量子点修饰形成的石墨域，优选多个所述石墨域乱序排布；
3.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述石墨烯量子点为功能化石墨烯量子点，所述功能化石墨烯量子点掺杂有异质杂原子，所述异质杂原子选自Cl、I、Br、S或N中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的复合负极材料，其特征在于，以所述复合负极材料的质量为基准计，所述异质杂原子的含量为0.1～15wt％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合负极材料，其特征在于，所述石墨烯量子点粒径为1～100nm，优选为1～20nm；且所述石墨烯量子点的D50为1～50nm，优选为3～10nm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料，粒径为1～50μm，优选为2～12μm；
7.一种权利要求1至6中任一项所述的复
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1，所述石墨烯量子点、所述第一碳源和所述第一溶剂的质量比为1:20～50:100；
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯量子点为功能化石墨烯量子点，所述功能化石墨烯量子点的制备方法包括：
10.根据权利要求1至6中任一项所述的复合负极材料在钠离子电池或用电设备中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯量子点与硬碳复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括石墨烯量子点以及自组装于所述石墨烯量子点上的硬碳。
2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述硬碳的表面和/或内部分散有由石墨烯量子点修饰形成的石墨域，优选多个所述石墨域乱序排布；
3.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述石墨烯量子点为功能化石墨烯量子点，所述功能化石墨烯量子点掺杂有异质杂原子，所述异质杂原子选自cl、i、br、s或n中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的复合负极材料，其特征在于，以所述复合负极材料的质量为基准计，所述异质杂原子的含量为0.1～15wt％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合负极材料，其特征在于，所述石墨烯量子点粒径为1～10...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆文森，万远鑫，裴现一男，孔令涌，赖佳宇，戴浩文，赖日鑫，
申请(专利权)人：深圳市德方创域新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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