CN106784851A - 一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料，包括介孔碳以及填充于所述介孔碳的介孔中的石墨烯量子点，所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料的比表面积为800～1000m2g‑1，孔容为2～4cm3g‑1。本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料能够提供良好的导电性，较大的比表面积，有利于电子和离子的传递。同时，进入到介孔碳内部的石墨烯量子点能够在负载硫的同时，抑制多硫化物的溶解扩散。这种特殊的结构使得以该材料作为锂硫载体的正极材料具有较高的理论比容量和循环性能。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体涉及一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料、制备方法以及应用。
背景技术
介孔碳指的是孔径在2nm～50nm尺寸之间的多孔碳。目前介孔碳的合成方法主要有两种：硬模板法和软模板法。硬模板法是使用像多孔阳极氧化铅和多孔硅这样具有相对较“硬”的含有刚性骨架的多孔材料作为模板，再通过复制模板结构，最后脱去模板制备出介孔材料。使用硬模板法合成介孔材料的优点是普适性强，合成出来的介孔材料可完全继承硬模板的结构。软模板法是使用＂软＂有机分子作为模板，常用的软模板剂有表面活性剂和微乳液等。软模板剂与构成骨架物质之间发生较强的相互作用，发生反应后脱出模板剂就形成了介孔材料。相比硬模板法，虽然软模板法不能严格控制介孔材料尺寸和形状，但其操作简便，成本相对低廉而被人们所广泛应用于介孔材料的合成当中。目前软模板法主要包括水热法、溶剂挥发诱导自组装法(EISA)和沉淀法等。其中水热法具有简单且重复性好的特点，得到了广泛的应用。
一般的锂硫电池是以硫做正极材料，锂做负极材料的一种电池体系。由于单质硫具有极高的理论容量(1675mAh g-1，是传统正极材料的5-10倍)，能量密度可达2500Wh kg-1，同时硫兼具无毒、环境友好、原料来源广泛、成本低廉等一系列优点。但由于使用硫作正极，锂硫电池也存在导电性差、中间产物的穿梭效应、硫发生体积应变等问题。近年来，有不少研究者将两种或者两种以上碳材料进行复合，以解决硫导电性差和穿梭效应的问题。而介孔碳材料具有较为合适的用于载硫的孔径尺寸。因此，为提高硫的利用率，并且抑制多硫化物溶于电解液，提供硫体积膨胀所需的空间，发明一种具有良好导电性和较大比表面积的复合介孔碳材料对于提高锂硫电池的性能具有重大意义。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法以及应用，本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料应用于锂硫电池时，可以提高其电化学性能。
本发明提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料，包括介孔碳以及填充于所述介孔碳的介孔中的石墨烯量子点，所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料的比表面积为800～1000m2g-1，孔容为2～4cm3g-1。
优选的，所述石墨烯量子点和介孔碳复合材料的质量比为1:60～1:600。
本发明还提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将甲阶酚醛树脂水溶液与表面活性剂混合搅拌，进行加热反应，得到表面活性剂-酚醛单胶束溶液，所述表面活性剂选自F127或P123；
B)将石墨烯量子点水溶液与步骤A)表面活性剂-酚醛单胶束溶液混合后在130℃～180℃进行水热反应20h～30h，反应产物冷冻干燥后经高温退火、碳化、清洗和干燥处理，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
优选的，所述加热反应的温度为40～60℃，所述加热反应的时间为2～4h。
优选的，所述甲阶酚醛树脂水溶液的浓度0.03～0.20mol/L，所述表面活性剂与甲阶酚醛树脂的质量比为0.035～0.05。
优选的，所述石墨烯量子点与甲阶酚醛树脂的质量比为1:(100～1000)。
优选的，所述石墨烯量子点水溶液的浓度为0.01mg/mL～0.1mg/mL。
优选的，所述水热反应的温度130℃～180℃，时间为20h～30h。
优选的，所述退火的温度为400～600℃，时间为2～4h。
优选的，所述碳化的温度为700～1000℃，时间为3～5h。
本发明还提供了一种锂硫电池，包括正极、负极和电解液；所述正极包括上述石墨烯量子点/介孔碳复合材料以及由上述制备方法制备得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
与现有技术相比，本发明提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料，包括介孔碳以及填充于所述介孔碳的介孔中的石墨烯量子点，所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料的比表面积为800～1000m2g-1，孔容为2～4cm3g-1。本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料能够提供良好的导电性，较大的比表面积，有利于电子和离子的传递。同时，进入到介孔碳内部的石墨烯量子点能够在负载硫的同时，抑制多硫化物的溶解扩散。这种特殊的结构使得以该材料作为锂硫载体的正极材料具有较高的理论比容量和循环性能。
并且，本发明还提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法，石墨烯量子点水溶液与表面活性剂-酚醛单胶束溶液混合进行水热反应过程中酚醛表面的羟基与石墨烯量子点的含氧官能团发生反应，发生化学吸附，石墨烯量子点进入介孔碳内部。本发明利用石墨烯量子点的纳米效应，通过水相合成法使表面活性剂-酚醛单胶束在水热条件下与石墨烯量子点原位复合，制备得到高比表面积和高孔隙率的石墨烯量子点/介孔碳复合材料。通过熔融扩散的方法制备硫负载量65％的碳/硫复合材料，使得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料应用于锂硫电池中且具有良好的电化学性能。
附图说明
图1为本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料的结构示意图；
图2为石墨烯量子点/介孔碳复合材料的氮气吸脱附曲线图；
图3为本发明提供的实施例1与对比例1锂硫电池的比容量和循环性能。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料，包括介孔碳以及填充于所述介孔碳的介孔中的石墨烯量子点，所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料的比表面积为800～1000m2g-1，优选为850～950m2g-1，孔容为2～4cm3g-1，优选为2.5～3.5cm3g-1。
优选的，所述石墨烯量子点和介孔碳复合材料的质量比为1:60～1:600，优选为1:300。
本发明还提供了一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将甲阶酚醛树脂水溶液与表面活性剂混合搅拌，进行加热反应，得到表面活性剂-酚醛单胶束溶液，所述表面活性剂选自F127或P123；
B)将石墨烯量子点水溶液与步骤A)表面活性剂-酚醛单胶束溶液混合后在130℃～180℃进行水热反应20h～30h，反应产物冷冻干燥后经高温退火、碳化、清洗和干燥处理，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
本发明以石墨烯量子点以及表面活性剂-酚醛单胶束作为原料进行复合材料的制备，在本发明中，所述石墨烯量子点优选采用以下方法进行制备：
将有机碳源化合物的水溶液与浓硫酸混合搅拌，进行反应；
将得到的反应产物进行水热化学反应后，过滤，得到石墨烯量子点。
具体的，本发明首先将有多羟基醛类化合物与去离子水混合，得到多羟基醛类化合物的水溶液，其中，所述多羟基醛类化合物优选为葡萄糖。
接着，向所述有机碳源化合物的水溶液中注入浓硫酸，同时进行搅拌反应，直至溶液搅拌均匀，搅拌过程中溶液的颜色从最初的无色变成黄色，最后变成黑色。其中，所述进行反应的容器优选为反应釜聚四氟乙烯内胆。
然后，将反应产物在密闭的条件下进行水热化学反应，优选的，将反应釜聚四氟乙烯内胆置于金属反应釜体内，盖密严实，放入干燥箱进行水热化学反应，所述水热化学反应的温度优选为200～240℃，所述水热化学反应的时间为180～200min。
水热化学反应得到进行水热化学反应合成蓝色荧光石墨烯量子点。反应结束后，等到反应温度降到室温，反应产物利用中速定性过滤纸(孔径大小为15～20um)进行过滤，仅仅去除大的固体杂质，获得棕黄色石墨烯量子点溶液。
在本发明中，所述石墨烯量子点的尺寸为2～5nm。
所述表面活性剂-酚醛单胶束溶液按照如下方法进行制备：
将甲阶酚醛树脂溶液与表面活性剂混合搅拌，进行加热反应，得到表面活性剂-酚醛单胶束溶液。
在本发明中，对所述甲阶酚醛树脂的来源并没有特殊限制，可以为一般市售，也可以自行制备。在本发明中，所述甲阶酚醛树脂溶液优选按照如下方法进行制备：
将酚类化合物的碱性水溶液与甲醛水溶液混合，进行加热搅拌反应，得到甲阶酚醛树脂溶液。
其中，所述酚类化合物优选为苯酚或间苯二酚。
酚类化合物的碱性水溶液中碱性物质优选为无机碱，更优选为NaOH。其中，所述碱性水溶液中碱性物质的浓度优选为0.1～0.12M，酚类化合物的碱性水溶液中酚类化合物的浓度优选为2～2.4wt％。
所述甲醛水溶液的浓度优选为37～43wt％，所述酚类化合物的碱性水溶液与所述甲醛水溶液的体积比优选为15:2～6:1。
所述加热搅拌反应的温度优选为70～84℃，所述加热搅拌反应的时间优选为0.5～0.6h。
得到的甲阶酚醛树脂溶液为低分子量甲阶酚醛树脂溶液，重均分子量优选为150～1000D。接着，将所述甲阶酚醛树脂溶液与所述表面活性剂混合搅拌，进行加热反应。
其中，所述表面活性剂选自泊洛沙拇(F127)或聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)；优选为F127。所述表面活性剂在与甲阶酚醛树脂进行混合之前，配制成表面活性剂的水溶液，所述表面活性剂的水溶液的浓度优选为6wt％～10wt％，更优选为7wt％～9wt％。
在本发明中，混合搅拌进行加热反应的具体方法为：
现在70～90℃的条件下混合搅拌2～4小时，接着再加入50～100ml的水，再在70～90℃的条件下加热12～16小时。所述混合搅拌的速度优选为340-500rpm。
最终得到表面活性剂-酚醛单胶束溶液。
本发明将上述石墨烯量子点水溶液与表面活性剂-酚醛单胶束溶液混合进行水热反应。
其中，所述石墨烯量子点水溶液的浓度为0.01mg/mL～0.1mg/mL，优选为0.02mg/mL～0.05mg/mL，更优选为0.01mg/mL～0.02mg/mL。
石墨烯量子点与甲阶酚醛树脂的质量比为1:(100～1000)，优选为1：(500～1000)，更优选为1：(600～800)。
所述水热反应的温度130℃～180℃，优选为140～170℃，更优选为150～160℃，所述水热反应的时间为20h～30h，优选为22～28h，更优选为24～26h。
在进行水热反应过程中，石墨烯量子点发生弱还原，部分含氧官能团被去除，静电和亲水作用力减弱，更容易与表面活性剂-酚醛单胶束球结合，进入到介孔球的内部，与其自组装在一起形成了较为稳定的三维结构。
水热反应结束后，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料前驱体。
将所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料进行冷冻干燥、退火和碳化，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
本发明对所述冷冻干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的冷冻干燥即可。
所述退火的温度优选为400～600℃，更优选为450～550℃，所述退火的时间为2～4h，更优选为2.5～3.5h。退火的过程即去除表面活性剂的过程。
所述碳化的温度为700～1000℃，优选为800～900℃，所述碳化的时间为3～5h，优选为3h。
参见图1，对本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料的结构进行详细说明，图1为本发明提供的石墨烯量子点/介孔碳复合材料的结构示意图。石墨烯量子点水溶液与表面活性剂-酚醛单胶束溶液混合进行水热反应后，2～5nm的石墨烯量子点将会进入介孔碳内部，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料在锂硫电池中的应用。所述锂硫电池包括正极、负极和电解液；所述正极包括由上述制备方法制备得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
本发明以石墨烯量子点为添加剂，F127或P123为表面活性剂，酚醛分子作为有机碳源，通过水热的方法让石墨烯量子点进入到介孔碳内部，得到前驱体，然后冷干退火获得最终产物。通过水热使石墨烯量子点发生弱还原，通过石墨烯量子点与介孔碳的比例调节实现两者的充分接触，最终形成形貌均匀可控的石墨烯量子点/介孔碳复合结构。
本发明一方面可以通过石墨烯量子点对多硫化物的吸附作用抑制多硫化物的溶解，石墨烯量子点能够提高材料的导电率，加快电子离子的传输速率，石墨烯良好的柔韧性也能容纳硫在充放电过程中的体积膨胀；另一方面，介孔碳合理均匀的介孔分布也保证了材料的高载硫量。综上，2～5nm的石墨烯量子点能够进入到约15nm的介孔碳的内部，进一步吸附硫及多硫化物，实现硫更均匀的负载，产生了1+1>2的效果，使得以这种复合结构材料作为正极的锂硫电池性能得到了较大的提高：采用相同条件组装的扣式锂硫电池，正极材料分别采用上述复合材料和单独介孔碳材料，循环100圈后的比容量分别为602.3mAhg-1和375.7mAhg-1。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的石墨烯/介孔碳复合材料及其制备方法以及应用进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
通过水相合成法获得F127-酚醛单胶束溶液。具体如下：将苯酚在40℃下溶解，保持磁力搅拌，缓慢加入NaOH的水溶液,然后逐滴加入福尔马林水溶液，控制四者摩尔比例，苯酚：甲醛：NaOH:H2O为2.1：10：0.5：580。在70℃下搅拌0.5h,得到低分子量的甲阶酚醛树脂。然后加入F127,控制F127和酚醛树脂的摩尔比为0.035，将得到的混合溶液在70℃下继续搅拌2h后加入50mL去离子水稀释，在70℃继续加热12h得到深红色的F127-酚醛单胶束溶液。
石墨烯量子点采用以下方法：首先，称量1.5g的葡萄糖，50mL反应釜聚四氟乙烯内胆加入10m去离子水溶解，利用玻璃棒搅拌均匀；缓慢注入10mL浓硫酸，同时用玻璃棒持续搅拌，直到溶液搅拌均匀，而溶液的颜色从最初的无色变成黄色，最后变成黑色；其次，把内胆置于金属反应釜体内，盖密严实，放入干燥箱，设置反应时间180min和反应温度200℃，进行水热化学反应合成蓝色荧光石墨烯量子点。反应结束后，等到反应温度降到室温，反应产物利用中速定性过滤纸(孔径大小为15～20um)进行过滤，仅仅去除大的固体杂质，获得棕黄色石墨烯量子点溶液，干燥后得到石墨烯量子点。所述石墨烯量子点的尺寸为2～5nm。
将10mL的0.15g/mL的F127-酚醛单胶束溶液与65mL 0.05mg/mL预先分散好的石墨烯量子点水溶液混合，所述甲阶酚醛树脂与石墨烯量子点的质量比为500：1，搅拌均匀后密封在100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在160℃下水热24h。得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料前驱体。
将得到的黑色圆柱状水凝胶冷干后在500℃下退火处理3h，除去表面活性剂F127后，再在850℃下碳化4h，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料，该复合材料中石墨烯量子点和介孔碳的质量比为1:300。
对上述石墨烯量子点/介孔碳复合材料进行氮气吸脱附，结果见图2。图2为石墨烯量子点/介孔碳复合材料的氮气吸脱附曲线图，图2中的氮气吸脱附曲线可以看出该材料比表面积为826m2g-1,孔容达到了1.94cm3g-1，介孔孔径15nm左右，大孔孔径为50～100nm。
将1.2g的溶于CS2的S和0.8g的实施例1得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料混合，室温静置一天待CS2挥发完全后，密封后放入恒温干燥箱中，155℃加热12h。再将得到的材料研磨后作为锂硫电池的正极材料，与导电剂Super P和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，并将得到的混合物涂布在铝箔上，涂布厚度为30μm。将得到的涂布有混合物的铝箔在80℃下进行干燥，获得正极极片。然后再进行扣式电池的组装。本发明以锂为负极，隔膜使用的是美国Celgard2325微孔聚丙烯膜，电解液为多多试剂的标准锂硫电解液，将其与得到的正极极片进行组装，得到锂硫电池。
考察所述锂硫电池的性能，结果如图3所示，图3为本发明提供的实施例1与对比例1锂硫电池的比容量和循环性能。本发明提供的正极材料组装的扣式锂硫电池，0.1C初始容量达到了1127mAh g-1,且在0.5C电流密度循环100次后，容量仍然保持在600mAh g-1左右。
对比例1
按照实施例1的制备方法，将上述过程中65mL 0.05mol/L的石墨烯量子点水溶液换成65mL 0.05mol/L的石墨烯水溶液，其他条件不变，最后得到石墨烯/介孔碳复合材料。石墨烯采用Hummers制备，制备方法如下：
取46mL浓硫酸冰浴，将1g石墨(80um)和1.2g KNO3放入冰浴的浓硫酸中，磁力搅拌3～5min混合均匀后，缓慢加入6g KMnO4。待KMnO4全部溶解之后(冰浴2h)，转移到恒温油浴锅中，升温到40℃，继续磁力搅拌6h。然后将混合溶液倒入足量去离子水中，加H2O2至黄色。冷却静置一天后，倒掉上层清液，加入去离子水搅拌均匀，继续静置。倒掉两次上层清液后，加入大量水用5000rpm的离心机清洗7～8次，收集沉淀物加水搅拌均匀，继续用8000rpm清洗6～7次。待溶液pH>5时，即可得到高浓度的氧化石墨水溶液。将氧化石墨水溶液超声分散2h即可得到相应浓度的氧化石墨烯水溶液。
将1.2g的溶于CS2的S和0.8g的对比例1得到的石墨烯/介孔碳复合材料混合，室温静置一天待CS2挥发完全后，密封后放入恒温干燥箱中，155℃加热12h。再将得到的材料研磨后作为锂硫电池的正极材料，与导电剂SuperP和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，并将得到的混合物涂布在铝箔上，涂布厚度为30μm。将得到的涂布有混合物的铝箔在80℃下进行干燥，获得正极极片。然后再进行扣式电池的组装。以锂为负极，隔膜使用的是美国Celgard2325微孔聚丙烯膜，电解液为多多试剂的标准锂硫电解液，将其与得到的正极极片进行组装，得到锂硫电池。
考察所述锂硫电池的性能，如图3所示，图3为本发明提供的实施例1与对比例1锂硫电池的比容量和循环性能。用石墨烯/介孔碳复合材料组装成的扣式锂硫电池，0.1C初始容量只有803mAh g-1,在0.5C电流密度循环300次后，容量只有510mAh g-1左右。
将实施例1与对比例1进行对比，说明石墨烯量子点能够提高材料的导电率，加快电子离子的传输速率，显著提高锂硫电池的比容量和循环性能。
实施例2
将实施例1中的65mL 0.05mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液改为65mL0.25mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液，搅拌均匀后密封在100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在130℃下水热20h。得到石墨烯量子点和甲阶酚醛树脂比例分别为1:100石墨烯量子点/介孔碳复合材料前驱体。将该前驱体在400℃下退火处理2h，除去表面活性剂F127后，再在700℃下碳化3h，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料，该复合材料中石墨烯量子点和介孔碳的质量比为1:60。。将1.2g的溶于CS2的S和0.8g的对比例1得到的石墨烯/介孔碳复合材料混合，室温静置一天待CS2挥发完全后，密封后放入恒温干燥箱中，155℃加热12h。将得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料研磨后与导电剂Super P和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，并将得到的混合物涂布在铝箔上，涂布厚度为30μm。将得到的涂布有混合物的铝箔在80℃下进行干燥，获得正极极片。然后再进行扣式电池的组装。
对该纽扣电池进行电化学性能测试，在0.5C电流密度下，循环10圈后比容量为436.7mAh g-1。
实施例3
将实施例1中的65mL 0.05mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液改为65mL0.12mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液，搅拌均匀后密封在100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在140℃下水热22h。得到石墨烯量子点和甲阶酚醛树脂比例为1:200的石墨烯量子点/介孔碳复合材料前驱体。将该前驱体在450℃下退火处理2.5h，除去表面活性剂F127后，再在800℃下碳化3.5h，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料，该复合材料中石墨烯量子点和介孔碳的质量比为1:120。。将1.2g的溶于CS2的S和0.8g的对比例1得到的石墨烯/介孔碳复合材料混合，室温静置一天待CS2挥发完全后，密封后放入恒温干燥箱中，155℃加热12h。将得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料研磨后与导电剂Super P和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，并将得到的混合物涂布在铝箔上，涂布厚度为30μm。将得到的涂布有混合物的铝箔在80℃下进行干燥，获得正极极片。然后再进行扣式电池的组装。
对该纽扣电池进行电化学性能测试，在0.5C电流密度下，循环10圈后比容量为489.6mAh g-1。
实施例4
将实施例1中的65mL 0.05mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液改为65mL0.03mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液，搅拌均匀后密封在100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在160℃下水热28h。得到石墨烯量子点和甲阶酚醛树脂为1:800石墨烯量子点/介孔碳复合材料前驱体。将该前驱体在550℃下退火处理3.5h，除去表面活性剂F127后，再在900℃下碳化4.5h，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料，该复合材料中石墨烯量子点和介孔碳的质量比为1:480。。将1.2g的溶于CS2的S和0.8g的对比例1得到的石墨烯/介孔碳复合材料混合，室温静置一天待CS2挥发完全后，密封后放入恒温干燥箱中，155℃加热12h。将得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料研磨后与导电剂Super P和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，并将得到的混合物涂布在铝箔上，涂布厚度为30μm。将得到的涂布有混合物的铝箔在80℃下进行干燥，获得正极极片。然后再进行扣式电池的组装。
对该纽扣电池进行电化学性能测试，在0.5C电流密度下，循环10圈后比容量为521.6mAh g-1。
实施例5
将实施例1中的65mL 0.05mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液改为65mL0.025mol/L预先分散好的石墨烯量子点水溶液，搅拌均匀后密封在100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在180℃下水热30h。得到石墨烯量子点和甲阶酚醛树脂为1:1000石墨烯量子点/介孔碳复合材料前驱体。将该前驱体在600℃下退火处理4h，除去表面活性剂F127后，再在1000℃下碳化5h，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料，该复合材料中石墨烯量子点和介孔碳的质量比为1:600。。将1.2g的溶于CS2的S和0.8g的对比例1得到的石墨烯/介孔碳复合材料混合，室温静置一天待CS2挥发完全后，密封后放入恒温干燥箱中，155℃加热12h。将得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料研磨后与导电剂Super P和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，并将得到的混合物涂布在铝箔上，涂布厚度为30μm。将得到的涂布有混合物的铝箔在80℃下进行干燥，获得正极极片。然后再进行扣式电池的组装。
对该纽扣电池进行电化学性能测试，在0.5C电流密度下，循环10圈后比容量为487.3mAh g-1。
通过实施例1,2,3,4,5的对照，表明合适的石墨烯与介孔碳的质量比能有效地发挥两者的性能协同作用，提高复合材料的电化学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料，其特征在于，包括介孔碳以及填充于所述介孔碳的介孔中的石墨烯量子点，所述石墨烯量子点/介孔碳复合材料的比表面积为800～1000m2g-1，孔容为2～4cm3g-1。
2.根据权利要求1所述的石墨烯量子点/介孔碳复合材料，其特征在于，所述石墨烯量子点和介孔碳复合材料的质量比为1:60～1:600。
3.一种石墨烯量子点/介孔碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将甲阶酚醛树脂水溶液与表面活性剂混合搅拌，进行加热反应，得到表面活性剂-酚醛单胶束溶液，所述表面活性剂选自F127或P123；
B)将石墨烯量子点水溶液与步骤A)表面活性剂-酚醛单胶束溶液混合后在130℃～180℃进行水热反应20h～30h，反应产物冷冻干燥后经高温退火、碳化、清洗和干燥处理，得到石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应的温度为40～60℃，所述加热反应的时间为2～4h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲阶酚醛树脂水溶液的浓度0.03～0.20mol/L，所述表面活性剂与甲阶酚醛树脂的质量比为0.035～0.05。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯量子点与甲阶酚醛树脂的质量比为1:(100～1000)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯量子点水溶液的浓度为0.01～0.1mg/mL，优选为0.02～0.05mg/mL。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为400～600℃，时间为2～4h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为700～1000℃，时间为3～5h。
10.一种锂硫电池，其特征在于，包括正极、负极和电解液；所述正极包括权利要求1～2任意一项所述的石墨烯量子点/介孔碳复合材料或由权利要求3～9任意一项所述的制备方法制备得到的石墨烯量子点/介孔碳复合材料。
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