[发明专利]一种GaN多孔微米方块/碳复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种GaN多孔微米方块/碳复合材料的制备方法。其具体操作如下：称取一定量Ga(NO₃)₃、C₆H₁₂N₄、C₆H₁₂O₆和氧化石墨烯以质量比为100‑150：150‑200：0‑7：2‑4添加去离子水搅拌20‑40min至其均匀分散；将悬浮液转移到水热反应釜内衬中，在鼓风烘箱中120‑180℃反应12‑36h后，自然冷却至室温；将产物冷冻干燥后直接在氨气下退火（温度为650‑850℃，时间为5‑10h）得到GaN多孔微米方块/碳复合材料。本发明将GaN多孔微米方块/碳复合材料用作锂离子电池负极，显示了良好电化学性能。

技术领域

本发明涉及GaN作为锂离子电池负极材料的制备方法和电化学性能，属于电化学电源领域。

背景技术

现今地球上的传统化石能源如煤、石油和天然气在生产生活中仍然占据主体，导致的一系列的全球环境、气候和生态问题正在一点点的侵蚀我们的家园。解决能源危机和环境恶化已经成为人类所面临的首要问题。而目前人们所想到的方法一是寻找可再生的清洁环保能源（风能、势能、太阳能和潮汐能等）去替代传统的化石能源，二是开发高性能的储能装置以提升能源的存储和利用率。

锂离子电池因为其高容量高循环的优点已被广泛应用于小型便携式电子设备，也被视为未来电动交通工具和大型储能设备的理想电源。然而，传统锂离子电池的能量密度及循环寿命仍然难以满足人们日益增长的储能需求。开发新型、高性能锂离子电池一直都是研究的热点，这依赖于高容量锂离子电池电极材料的研发。目前，商用石墨类碳材料理论容量较低（372 mAh g^-1），这显著抑制了锂离子电池的整体能量密度，研发新型替代负极材料对于开发高性能锂离子电池而言显得尤为迫切。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种GaN多孔微米方块/碳复合材料作为锂离子电池负极。一方面，多孔结构不仅增大了与电解液的接触面积，而且缩短离子扩散路径；另一方面，氮化镓的储锂机理为氧化/还原和合金/去合金化过程。氧化/还原过程为：GaN +3Li⁺ + 3e^- → Ga + Li₃N；合金去合金化过程为：Ga + 2Li⁺ + 2e^- → Li₂Ga；镓在28℃以上会呈现液态，当测试时温度设定在35℃以上让镓呈液态，能与电解液更加均匀接触，增强材料的反应动力学。本专利首次将GaN多孔微米方块/碳复合材料作为高温（28℃）锂离子电池负极，并显示了优异电化学性能。

一种GaN多孔微米方块/碳复合锂离子电池负极材料及制备方法，其特征在于，具体制备工艺如下：

（1）称取一定量Ga(NO₃)₃、C₆H₁₂N₄、C₆H₁₂O₆和氧化石墨烯（Ga(NO₃)₃、C₆H₁₂N₄、C₆H₁₂O₆和氧化石墨烯的质量比为100-150：150-200：0-7：2-4），添加去离子水搅拌20-40min至其均匀分散；

（2）将悬浮液转移到水热反应釜内衬中，在鼓风烘箱中120-180℃反应12-36h后，自然冷却至室温；

（3）将得到的产物冷冻干燥，经氨气退火（温度为650-850℃，时间为5-10h）后得到GaN多孔微米方块/碳复合材料。