【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種碳材料，具體涉及一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料，還涉及還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法及其應用，屬于鈉離子電池。
技術介紹
1、鈉離子電池已展現出作為鋰離子電池的經濟高效的替代品以用于大規模、低成本儲能應用的潛力。主要原因如下：首先，鈉在地殼中儲量豐富且分布廣泛；其次，鈉不與鋁發生合金化反應，可以使用成本低、密度更小的鋁作為負極集流體，進一步降低成本并提高電池能量密度；第三，鈉離子斯托克斯半徑小、(脫)溶劑化能低，在電解液中傳輸更快，所以在大規模儲能應用方面，鈉離子電池可以取代鋰離子電池。
2、由于鈉離子半徑(1.02)大于鋰離子半徑(0.76)，因此，用作鈉離子電池的負極材料需要具備更大的離子傳輸通道。目前報道的大多數負極材料在鈉離子的反復嵌入/脫嵌過程中均存在導電性惡化和體積變化大的問題，克服以上問題的方法是將碳材料與活性材料復合。現有的鈉離子電池負極材料中，硬碳雖可以提供大的表面積和較高的儲鈉容量，但是硬碳的導電性較差，且較低的嵌鈉電位可能會導致金屬鈉的電沉積，具有潛在的安全問題。石墨是鋰離子電池最常用的商業化負極材料，但是當石墨用作鈉離子電池負極材料時，形成的鈉-石墨插層化合物nac70僅能提供35mah?g-1的比容量，其原因是石墨的層間距(3.4)低于鈉離子插入的臨界層間距(3.7)，無法形成低階的鈉-石墨層間化合物。相比之下，石墨烯由于具有較大的比表面積和高導電性而被廣泛用于與鈉離子電池負極活性材料的復合，石墨烯基復合材料不僅可以提高電極的導電性，而
技術實現思路
1、針對現有技術存在的缺陷，本專利技術的第一個目的是在于提供一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料，該材料具有較大的層間距和高比表面積，更適用于鈉離子的嵌入和脫出，適合作為鈉離子電池負極材料使用。
2、本專利技術的第二個目的是在于提供一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，該制備方法操作簡單、低成本，有利于工業化生產。
3、本專利技術的第三個目的是在于提供一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的應用，基于該材料具有較大的層間距和高比表面積，使得鈉離子更容易嵌入和脫嵌，將其作為負極材料應用于鈉離子電池，呈現出較高的比容量和良好的循環穩定性。
4、為了實現上述技術目的，本專利技術提供了一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，該方法包括以下步驟：
5、1)將氧化石墨烯分散液與糖類物質混合進行水熱反應，所得水熱產物經過冷凍干燥，得到還原氧化石墨烯凝膠；
6、2)將還原氧化石墨烯凝膠置于保護氣氛下，先進行碳化處理，再進行微波處理，即得還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料。
7、本專利技術的還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備過程，先將氧化石墨烯分散液與糖類物質進行水熱反應，在水熱反應過程中，糖類物質一方面起到還原作用，對氧化石墨烯進行還原，另一方面，糖類衍生硬碳與還原氧化石墨烯進行復合，糖類物質包覆在還原氧化石墨烯表面及填充在還原氧化石墨烯層間，構筑成具有三維結構的還原氧化石墨烯凝膠，還原氧化石墨烯凝膠經過冷凍干燥后，能夠保留其三維結構，將還原氧化石墨烯凝膠進行高溫碳化處理，使得糖類水熱衍生物完全轉化成多孔結構硬碳，從而獲得具有較大的層間距和高比表面積的三維復合碳材料。三維復合碳材料進一步通過微波處理，基于多孔碳材料的大孔隙和褶皺表面的多重反射/散射模式有助于增強入射微波的衰減，而多孔碳材料的卷曲和超薄結構為電子傳遞提供了豐富的傳輸路徑，促進了微波誘導焦耳電流的產生和碳基質中熱能的產生，通過產生的局部熱點效應，對硬碳的孔隙結構、層間距、缺陷濃度和異原子摻雜濃度進行調控，以進一步增加復合碳材料的缺陷濃度和長程無序度，從而更有利于鈉離子的嵌入和脫嵌，因此，該復合材料適宜用作鈉離子電池負極材料。
8、作為一個優選的方案，所述糖類物質包括葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖、d-(+)-半乳糖、纖維二糖、d-木糖、木二糖、木三糖、甘油醛、赤蘚糖、蘇力糖、l-阿拉伯糖中至少一種。這些糖類物質都是現有技術中常見的具有還原性的單糖或多糖。進一步優選的糖類物質為葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖、d-(+)-半乳糖、纖維二糖、d-木糖中至少一種。
9、作為一個優選的方案，所述氧化石墨烯分散液與糖類物質按照氧化石墨烯與糖類物質的質量比為1:10～1:80計量。如果糖類物質相對氧化石墨烯的比例過低，則儲鈉活性物質的含量低，降低了復合材料的儲鈉比容量，也難以形成具有三維結構的復合碳材料；如果糖類物質相對氧化石墨烯的比例過高，包覆層厚度過高，復合材料的導電性降低，還原氧化石墨烯在微波作用下的熱點效應也隨厚度的增加而降低，同樣會造成復合材料的比容量降低。進一步優選，氧化石墨烯分散液與糖類物質按照氧化石墨烯與糖類物質的質量比為1:30～1:50計量。
10、作為一個優選的方案，所述氧化石墨烯分散液的濃度為1.2～1.6mg/ml。所述氧化石墨烯分散液的濃度進一步優選為1.3～1.5mg/ml。氧化石墨烯的濃度過低，會導致復合碳材料的制備效率較低，因此，在不影響包覆的均勻性的條件下可盡量提高濃度，但是氧化石墨烯的濃度過高，會導致糖類衍生硬碳對其包覆不均勻，且會造成石墨烯片層之間的交聯。
11、作為一個優選的方案，所述水熱反應的條件為：溫度為120～250℃，時間為8～20h。所述水熱反應的溫度進一步優選為150～230℃。所述水熱反應的時間進一步優選為10～18h。在優選的水熱反應時間范圍內，能夠保證糖類衍生碳對還原氧化石墨烯包覆的均勻性。水熱反應的溫度過低，則糖類物質難以將氧化石墨充分還原形成具有三維結構的還原氧化石墨烯凝膠，水熱反應的溫度過高，容易導致石墨烯片層堆疊、團聚。
12、作為一個優選的方案，所本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述糖類物質包括葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖、D-(+)-半乳糖、纖維二糖、D-木糖、木二糖、木三糖、甘油醛、赤蘚糖、蘇力糖、L-阿拉伯糖中至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述氧化石墨烯分散液與糖類物質按照氧化石墨烯與糖類物質的質量比為1:10～1:80計量。
4.根據權利要求3所述的一種糖類衍生硬碳包覆還原氧化石墨三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述氧化石墨烯分散液的濃度為1.2～1.6mg/mL。
5.根據權利要求1、2或4所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述水熱反應的條件為：溫度為120～250℃，時間為8～20h。
6.根據權利要求1、2或4所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特
7.根據權利要求1、2或4所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述微波處理的條件為：微波功率為600～1000W，時間為1～15min。
8.一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料，其特征在于：由權利要求1～7任一項所述制備方法得到。
9.根據權利要求8所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料，其特征在于：所述還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的比表面積為50～100m2g-1，孔體積為0.2～0.9cm3g-1，孔徑分布為1～10nm。
10.權利要求9所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料作為鈉離子電池負極材料的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述糖類物質包括葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖、d-(+)-半乳糖、纖維二糖、d-木糖、木二糖、木三糖、甘油醛、赤蘚糖、蘇力糖、l-阿拉伯糖中至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述氧化石墨烯分散液與糖類物質按照氧化石墨烯與糖類物質的質量比為1:10～1:80計量。
4.根據權利要求3所述的一種糖類衍生硬碳包覆還原氧化石墨三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述氧化石墨烯分散液的濃度為1.2～1.6mg/ml。
5.根據權利要求1、2或4所述的一種還原氧化石墨烯/糖類衍生硬碳三維復合碳材料的制備方法，其特征在于：所述水熱反應的條件為：溫度為120～250℃，時間為8～20...
【專利技術屬性】
技術研發人員：上官繼昆，朱琳，胡耀祖，張俊，何海勇，
申請(專利權)人：江蘇碳什科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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