一种碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料的制备方法

本发明涉及一种碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料及其制备方法，主要用于钙离子电池负极材料。

背景技术：

1、钙离子电池是一种新型的可充电电池，其工作原理类似于传统的锂离子电池，但是采用了钙离子作为电极材料，利用钙离子在正负极之间进行可逆沉积/剥离，实现能量储存与释放的电池。二价钙离子电池相比于传统锂、钠等单价离子电池，能够一个离子结合两个电子，具有能量储存上的技术优势，更重要的是，相比于匮乏的锂资源，钙金属资源丰富，价格便宜。然后，二价钙离子电池负极材料的性能一直是制约其性能提升的一个重要的技术瓶颈，阻碍了能量密度和功率密度的提升。

2、石墨烯作为一种导电性好、比表面积大、热学以及化学稳定性优、力学性能佳的二维碳基材料，具有巨大的潜力作为钙离子电池的负极材料。但是纯净的石墨烯触电过程中主要是基于双电层电容器机制，尽管具有优秀的功率密度，但是能量密度普遍很低，这是制约其应用于钙离子电池领域一个关键性问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料及其制备方法，主要应用于钙离子电池负极材料，同时满足能量密度和功率密度双高的需要。

2、本发明的技术方案是：

3、一种碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料，所述赝电容性钙离子电池负极材料包括能容许组成钙盐的阳离子ca2+可逆地化学吸附/脱附的碘掺杂石墨烯，且石墨烯为单层石墨烯、碘掺杂石墨烯的碘掺杂含量为0.1at％。

4、进一步的，所述单层石墨烯的单层率≥90％。

5、进一步的，所述赝电容性钙离子电池负极材料制作的赝电容性钙离子电池负极钙离子的存储容量为51f g-1，能量密度为4.53whkg-1，功率密度为1617.46wkg-1。

6、一种碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料的制备方法，其具体步骤如下：将i的前驱体三碘甲烷与单层石墨烯按照质量比15:1混合均匀；在流动的氮气氛保护下，在管式炉中匀速升温至900℃，在900℃下保温3h；然后自然冷却至室温，洗涤，离心，得到黑色浆料；然后在真空烘箱中烘干，得到碘掺杂石墨烯负极材料。

7、进一步的，烘干时，烘干温度为100℃，烘干时间为12小时。

8、进一步的，管式炉中匀速升温的升温速率是5℃/min。

9、进一步的，洗涤时，使用无水乙醇进行洗涤。

10、本发明的有益效果：

11、(1)该赝电容性钙离子电池负极材料包括能容许组成钙盐的阳离子ca2+可逆地化学吸附/脱附的碘掺杂石墨烯，在继承了石墨烯材料自身优势以外，还结合和碘i元素掺杂效应，产生了很好的赝电容性钙离子存储能力，通过合理的原料配比，使碘掺杂石墨烯的碘掺杂含量为0.1at％，从而具有优异的钙离子存储能力，制作的赝电容性钙离子电池负极钙离子的存储容量为51f g-1，同时兼具了高的能量密度和功率密度，能量密度可达4.53whkg-1，功率密度可达1617.46wkg-1，是一种非常有前景的赝电容性钙离子存储负极材料。

12、(2)以三碘甲烷(chi3)为掺杂前躯体，以单层石墨烯为主体材料，通过烧结制备工艺得到了碘掺杂石墨烯，工艺简单，操作容易，同时钙离子电池负极材料具有优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料，其特征是：所述赝电容性钙离子电池负极材料包括能容许组成钙盐的阳离子ca2+可逆地化学吸附/脱附的碘掺杂石墨烯，且石墨烯为单层石墨烯、碘掺杂石墨烯的碘掺杂含量为0.1at％。

2.根据权利要求1所述的碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料，其特征是：所述单层石墨烯的单层率≥90％。

3.根据权利要求1所述的碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料，其特征是：所述赝电容性钙离子电池负极材料制作的赝电容性钙离子电池负极钙离子的存储容量为51fg-1，能量密度为4.53whkg-1，功率密度为1617.46wkg-1。

4.一种如权利要求1所述的碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料的制备方法，其特征是：

5.根据权利要求4所述的碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料的制备方法，其特征是：烘干时，烘干温度为100℃，烘干时间为12小时。

6.根据权利要求4所述的碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料的制备方法，其特征是：管式炉中匀速升温的升温速率是5℃/min。

7.根据权利要求4所述的碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料的制备方法，其特征是：洗涤时，使用无水乙醇进行洗涤。

技术总结
一种碘掺杂石墨烯赝电容性钙离子电池负极材料的制备方法，该赝电容性钙离子电池负极材料包括能容许组成钙盐的阳离子Ca<supgt;2+</supgt;可逆地化学吸附/脱附的碘掺杂石墨烯，且石墨烯为单层石墨烯、碘掺杂石墨烯的碘掺杂含量为0.1at％。制备方法是：将I的前驱体三碘甲烷与单层石墨烯按照质量比15:1混合均匀；在流动的氮气氛保护下，在管式炉中匀速升温至900℃，在900℃下保温3h；然后自然冷却至室温，洗涤，离心，得到黑色浆料；然后在真空烘箱中烘干，得到碘掺杂石墨烯负极材料。优点是：工艺简单，操作容易，主要应用于钙离子电池负极材料，具有优异的钙离子存储能力，同时满足钙离子电池能量密度和功率密度双高的需要。

技术研发人员：甘建拓,何胜楠,武志俊,高勇,杨亚雄,潘洪革
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13