石墨炔在金屬離子電池和超級電容器中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬離子電池和超級電容器領(lǐng)域，具體涉及一種碳的同素異形體石墨炔材料在金屬離子電池和超級電容器的電極材料中的應(yīng)用。本發(fā)明是將一種碳的同素異形體石墨炔薄膜材料，作為金屬離子電池或超級電容器的負(fù)極材料使用。本發(fā)明利用在銅片的表面形成的大面積石墨炔薄膜作為金屬離子電池和超級電容器的負(fù)極材料使用，使金屬離子電池和超級電容器獲得了優(yōu)良的電化學(xué)性能，包括較高的比容量，杰出的倍率性能和超長的循環(huán)壽命。研究結(jié)果表明石墨炔是一種非常有潛力的鋰離子電池的負(fù)極材料，并可用作其它金屬離子（鈉、鉀等）電池的負(fù)極材料。
【專利說明】石墨炔在金屬離子電池和超級電容器中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬離子電池和超級電容器領(lǐng)域，具體涉及一種碳的同素異形體石墨炔材料在金屬離子電池和超級電容器的電極材料中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備及移動通訊領(lǐng)域中。隨著人們對電動汽車及混合動力汽車需求的增長，人們迫切需求開發(fā)一些具有高比容量，優(yōu)良倍率性能和長循環(huán)壽命的新型鋰離子電池來滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，亦對電極材料提出了更高的要求，特別是負(fù)極材料。[0003]目前在商品化的鋰離子電池中，負(fù)極材料多采用廉價的石墨，然而石墨低的理論容量(372mAh/g)限制了其在動力鋰離子電池中的應(yīng)用(Tarascon, J.M.; Armand, M., Nature2001, 414 (6861), 359-367.Manev, V.; Naidenov, 1.; Puresheva, B.; Zlatilova, P.;Pistoia, G., J.Power Sources 1995，55 (2), 211-215.)。碳材料作為鋰離子電池的電極材料一直以來是人們研究的熱點，一系列的碳基材料，例如碳納米管，石墨烯，石墨烯基的復(fù)合材料等已作為鋰離子電池的電極材料，得到了廣泛研究(Kim，H.;Kim, S.-ff.;Park, Y._U.;Gwon, H.;Seo,D.-H.;Kim, Y.;Kang, K., Nano Res.2010, 3(11), 813-821.Su, Y.;Li, S.;ffu, D.; Zhang, F.; Liang, H.; Gao, P.; Cheng, C.; Feng, X., Acs Nano2012, 6 (9), 8349-8356.Yue, Y.; Han, P.; He, X.; Zhang, K.; Liu, Z.; Zhang, C.; Dong, S.; Gu, L.; Cui, G., J.Mater.Chem.2012，22(11)，4938-4943.)。石墨炔，一種由sp和sp2雜化形成的單原子層結(jié)構(gòu)的二維新型的碳的同素異形體。近期，Li等利用六炔基苯在銅片的催化作用下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，成功的在銅片的表面上合成了大面積的石墨炔薄膜(G.X.Li, Y.L.Li, H.B.Liu, Y.B.Guo, Y.J.Li, D.B.Zhu, Chem.Commun.2010，46，3256-3258.H.Zheng, Y.Li, H.Liu, X.Yin, Y.Li, Chem.Soc.Rev.2011，40，4506.H.Liu, J.Xu, Y.Li, Y.Li, Acc.Chem.Res.2010，43，1496.Y.J.Li, L.Xu, Η.B.Liu, Y.L.Li, Chem.Soc.Rev.2014D01:10.1039/C3CS60388A)。研究表明，石墨炔是由1，3-二炔鍵將苯環(huán)共軛連接形成二維平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的全碳分子，具有豐富的碳化學(xué)鍵、大的共軛體系、寬面間距，同時也具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和半導(dǎo)體性能。所獲得的石墨炔薄膜具有較高的有序度和較低的缺陷，室溫薄膜導(dǎo)電率為2.516X10_3S m-1。石墨炔特殊的電子結(jié)構(gòu)使其在超導(dǎo)、電子、能源以及光電等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種利用具有高比容量，優(yōu)良倍率性能及超長循環(huán)壽命的石墨炔在金屬離子電池和超級電容器的電極材料中的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的石墨炔在金屬離子電池和超級電容器中的應(yīng)用，是將一種碳的同素異形體石墨炔薄膜材料，作為金屬離子電池或超級電容器的負(fù)極材料使用。
[0006]所述的作為金屬離子電池或超級電容器的負(fù)極材料使用，是將石墨炔薄膜材料直接作為金屬離子電池或超級電容器的負(fù)極材料使用。[0007]所述的金屬選自堿金屬中的鋰、鈉、鉀等中的一種；或選自其它金屬如鋅、鎘、鎳、鈷等中的一種。
[0008]本發(fā)明優(yōu)選石墨炔薄膜作為鋰離子電池的負(fù)極材料使用。
[0009]所述的石墨炔薄膜是由石墨炔形成的薄膜，其制備方法，可根據(jù)文獻(xiàn)(Li，G.;Li,Y? ;Liu, H.; Guo, Y.;Li, Y.; Zhu, D., Chem.Commun.2010,46，3256-3258.)報道的方法進(jìn)行制
備，具體制備路線如下:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨炔在金屬離子電池和超級電容器中的應(yīng)用，其特征是:所述的應(yīng)用是將石墨炔薄膜材料，作為金屬離子電池或超級電容器的負(fù)極材料使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是:所述的作為金屬離子電池或超級電容器的負(fù)極材料使用，是將石墨炔薄膜材料直接作為金屬離子電池或超級電容器的負(fù)極材料使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用，其特征是:所述的金屬選自鋰、鈉、鉀、鋅、鎘、鎳、鈷中的一種。
【文檔編號】H01M4/583GK103943373SQ201410119705
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】李玉良, 黃長水, 劉輝彪, 李勇軍 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所