本发明专利技术公开了一种PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。所述的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，由纳米级PbSe立方颗粒和石墨烯复合而成。由于石墨烯的分散、承载及隔离作用，可有效提高PbSe在充放电过程中的稳定性。该复合材料可用作或制备锂离子电池负极材料。本发明专利技术所述的复合材料的一步溶剂热法的制备方法，具有工艺简单、成本低、周期短、能耗低等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池用复合材料领域，具体涉及一种PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、安全性能好等优点，因此在数码相机、移动电话和笔记本电脑等便携式电子产品中得到广泛应用，对于电动自行车和电动汽车也具有应用前景。目前商品化的锂离子电池的负极材料是石墨以及其它形式的碳材料。由于石墨的理论容量只有372mAh.g_S而且 嵌锂电位较低，限制了其使用范围。与石墨等碳材料相比，金属锑具有较理想的嵌锂电位和较高的质量比及体积比容量，应用前景十分广阔。但由于金属锑在充放电过程中体积变化较大，并且由传统方法制备的金属锑颗粒尺寸较大且分布不均匀，所以金属锑的电化学稳定性较差。目前提高金属负极循环稳定性的方法有将材料纳米化及复合化。复合材料(Composite materials)是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法，在宏观上组成的具有新性能的材料。复合材料中的各种材料一般在性能上能互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。石墨烯由于其电导率高，强度高，比表面积大，被广泛用作纳米颗粒的载体来制备复合材料。如中国专利ZL201010158087.7中公开了一种石墨烯负载四氧化三钴纳米复合材料及其制备方法，由石墨烯和四氧化三钴组成，四氧化三钴负载在石墨烯纳米片上，石墨烯纳米片的质量分数为2%-95%wt，石墨烯纳米片的厚度为0.3 50纳米，四氧化三钴的粒径为I 200纳米，四氧化三钴为球状或片状；制备方法为:取氧化石墨烯溶液和二价钴盐、高分子表面活性剂混合；然后和加入氧化剂的碱溶液混合后搅拌或者超声0.2 5小时，转移到高温反应釜中，在100 250°C下退火3 30小时得到产物，经洗涤、干燥，即得石墨烯负载四氧化三钴纳米复合材料。中国专利申请CN201110083740.2公开了一种过渡金属三锑化物/石墨烯复合材料，具有MxSb3/G的组成，其中M代表VIIIB族过渡金属元素，0.95 ^ 1.05，G代表石墨烯；该复合材料中过渡金属三锑化物由于石墨烯的分散和承载作用能够均匀分布，可有效提高过渡金属三锑化物在充放电过程中的稳定性；该复合材料采用一步水热法或一步溶剂热法的制备方法，具有工艺简单、成本低、周期短、能耗低等优点。因此，开发纳米尺寸的复合材料具有广泛的应用价值。硒化铅(PbSe)具有立方晶系结构，晶格常数0.6122nm，多作为窄禁带的半导体材料，一般用于制造光敏电阻和红外检测器等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电化学稳定性良好的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料。本专利技术还提供了一种PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料的一步制备方法，该方法工艺简单，能耗低、成本低，所得产物颗粒尺寸细小且分布均匀。一种PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，由纳米级PbSe立方颗粒和石墨烯(G)复合而成。即所述的复合材料具有PbSe/G的组成。本专利技术发现将现有的用于制造光敏电阻和红外检测器的PbSe立方颗粒与石墨烯复合后具有良好的电化学性能，且电化学稳定性良好，可用作或制备锂离子电池的负极材料。为了进一步提高复合材料的应用性能，所述的复合材料中石墨烯的重量百分含量优选为0.4% 20%，进一步优选为7.4% 17%。由于PbSe的颗粒尺寸越小,越易覆载于石墨烯上,复合材料的电化学稳定性能越好，因此本专利技术选用纳米级PbSe立方颗粒，优选，所述的纳米级PbSe立方颗粒的边长为100纳米 200纳米。优选，所述的复合材料中纳米级PbSe立方颗粒呈均匀分散。所述的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料的制备方法，为一步溶剂热法。为了达到更好的专利技术效果，优选:所述的PbSe/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤:I)以单质硒(Se)或含硒的化合物以及含铅(Pb)的化合物为原料，按照PbSe的化学计量比(即Pb与Se的原子比1:1)混合于还原性有机溶剂中，得到以PbSe计浓度为0.01mol/L 0.lmol/L的混合溶液；2)在步骤I)的混合液中加入氧化石墨烯(GO)经充分超声分散，然后于密封环境中在120°C 250°C反应 12小时 72小时后冷却，收集固体产物，经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤，干燥，得到PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料；所述的氧化石墨烯的加入量为PbSe理论重量的1% 50%，优选20% 50%。步骤I)中，所述的含硒的化合物可选用含硒的盐，优选Na2SeO3或K2Se03。所述的含铅的化合物可选用含铅的盐，优选氯化铅、氟化铅、硝酸铅、硫酸铅、草酸铅或醋酸铅。由于采用还原性有机溶剂，可以不必另加其他还原剂来还原氧化石墨，所述的还原性有机溶剂既可作为还原剂又可作为反应溶剂。所述的还原性有机溶剂中不含有水，选用乙醇、甲醇、乙二醇、N, N- 二甲基甲酰胺、乙二胺或油胺。步骤2)中，进一步优选:于密封环境中在140°C 240°C反应24小时 48小时后冷却；一般该反应温度越高，时间越长，PbSe越易形成，氧化石墨烯越易还原成石墨烯，但对颗粒尺寸影响不大。所述的冷却的温度并没有严格的限定，以适宜操作为主，一般可冷却至15°C 30°C的环境温度。所述的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料电化学稳定性良好，可用作或制备锂离子电池负极材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:1、本专利技术复合材料中纳米PbSe立方颗粒由于石墨烯的分散和承载作用能够在复合材料中均匀分布，可有效提高过PbSe在充放电过程中的稳定性，对于提高PbSe的电化学稳定性具有重大意义。2、本专利技术复合材料用于锂离子电池负极的优点在于:利用石墨烯高的电导率、高的机械强度、大的比表面积剂及孔隙率来提高纳米PbSe的综合性能，特别是电化学稳定性。3、本专利技术采用一步溶剂热法制备纳米尺寸的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，在溶剂热合成纳米PbSe过程中原位引入石墨烯，具有工艺简单、成本低、周期短、能耗低等优点。由于石墨烯的分散和承载作用，所得PbSe纯度高、粒度小，立方边长为100纳米 200纳米，且分布比较均匀。附图说明图1为实施例1所得PbSe/G复合材料的X射线衍射图谱；图2为实施例1所得PbSe/G复合材料的扫描电镜图片；图3为实施例1所得PbSe/G复合材料及纯PbSe电化学性能图。具体实施例方式实施例11)将分析纯Pb (NO3) 2和Se粉，按Pb: Se原子比1:1的比例配料后混合于无水乙醇中，制得以PbSe计浓度为0.01mol/L的混合液，混合液体积为80毫升。2)在步骤I)的混 合液中加入114晕克GO并充分超声分散然后置于容量为100晕升的高压反应釜中(填充度80%，体积百分比)，然后立即密封。3)将反应釜加热至180°C，并反应36小时。4)反应完后自然冷却至室温，收集釜底的粉末状反应产物，依次用去离子水，无水乙醇交替反复清洗数次后，将粉末在110°c下真空干燥12小时，得到复合材料粉末0.27克，复合材料中石墨烯的重量百分比为17%。所得的复合材料粉末的X射线衍射图谱和扫描电镜图片分别如图1和图2，图1中所有的衍射峰均可归为PbSe的衍射峰，图1中没有发现石墨烯的衍射峰，表明石墨烯层已被PbSe颗粒均匀分散，可看出所得的复合材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，其特征在于，由纳米级PbSe立方颗粒和石墨烯复合而成。
【技术特征摘要】
1.一种PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，其特征在于，由纳米级PbSe立方颗粒和石墨烯复合而成。2.根据权利要求1所述的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，其特征在于，所述的复合材料中石墨烯的重量百分含量为0.4% 20%。3.根据权利要求1所述的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，其特征在于，所述的纳米级PbSe立方颗粒的边长为100纳米 200纳米。4.根据权利要求1或3所述的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料，其特征在于，所述的复合材料中纳米级PbSe立方颗粒呈均匀分散。5.根据权利要求1 4任一项所述的PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: O以单质硒或含硒的化合物以及含铅的化合物为原料，按照PbSe的化学计量比混合于还原性有机溶剂中，得到以PbSe计浓度为0.01mol/L 0.lmol/L的混合溶液； 2)在步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢健，屠芳芳，刘双宇，朱铁军，曹高劭，赵新兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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