CN109911882B - 一种离子液体在制备碳量子点中的应用以及碳量子点的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳量子点和电池材料技术领域，具体公开一种离子液体在制备碳量子点中的应用以及碳量子点的制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：将所述的离子液体与去离子水以质量比为1‑2:30混合后，经加热、过滤和干燥处理，得到基于离子液体的碳量子点。本发明提供的碳量子点能够提高电池内部空间利用率，增强石墨的导电系数，从而增强的电池阳极的导电性，改善电池稳定性，延长电池寿命。
Description
技术领域
本发明涉及碳量子点和电池材料技术领域，尤其涉及一种离子液体在制备碳量子点中的应用以及碳量子点的制备方法和应用。
背景技术
随着能源研究重心转移，二氧化锰锂电池作为一种高可靠、无污染的化学电源受到各界越来越多的重视。然而，由于传统二氧化锰锂电池阳极活性物质导电性差，电池内部空间利用率低，使电池性能欠佳，目前仅应用于照相机、水表、仪器仪表、心脏起搏器等微功耗型电子产品。因此，通过增强阳极活性物质导电性而提高二氧化锰锂电池性能是一种有效途径。
碳量子点是一种新型的碳基零维材料。碳量子点具有优秀的光学性质，良好的导电性、水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点。因此，研发一种生产成本低，原料利用率高，制备工艺环境友好且可以改善的阳极活性物质导电性的碳量子点并将其应用在电池领域中具有重要的意义。
发明内容
针对现有传统二氧化锰锂电池阳极活性物质导电性差，电池内部空间利用率低等问题，本发明提供一种离子液体在制备碳量子点中的应用以及碳量子点的制备方法和应用。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种离子液体在制备碳量子点中的应用，所述离子液体由摩尔比为3-10：1的醇类化合物和糖类化合物制得。
进一步地，所述醇类化合物为如下通式CnH2n+2Ox中的至少一种，其中，1≤n≤10，1≤x≤n。
进一步地，所述糖类化合物为单糖、双糖或低聚糖。
进一步地，所述糖类化合物为***糖、木糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖、麦芽糖或乳糖中的至少一种。
进一步地，所述离子液体的制备方法为：将所醇类化合物与糖类化合物混合后，升温至90～110℃，直至体系均一透明后，恒温反应1-20h，得到离子液体。
本发明还提供了一种基于离子液体的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将上述的离子液体与去离子水以质量比为1-2：30混合后，经加热、过滤和干燥处理，得到基于离子液体的碳量子点。
进一步地，所述加热温度为180-220℃，时间为9-12h。
本发明还提供了一种上述制备方法制备的碳量子点在电池中的应用。
本发明还提供了一种导电剂，采用上述制备方法制备的碳量子点和石墨制成，所述碳量子点与石墨的质量比为1：1-10。
本发明还提供了一种包括上述导电剂的电池及电池的制备方法，将所述导电剂加入到以二氧化锰作为阳极的电池中，与电解液混合，作为电池的阳极活性物质，所述导电剂与二氧化锰的质量比为1：10-100。
相对于现有技术，采用本发明提供的技术方案，以醇类化合物和糖类化合物为主要原料，成本低廉，绿色环保，形成化学稳定性良好的离子液体，在离子液体的基础上合成碳量子点，提高物料利用率，改善碳量子点的分散性。所得碳量子点与石墨制备导电剂，加入到以二氧化锰作为阳极的电池中，与电解液混合，作为电池的阳极活性物质，提高电池内部空间利用率，增强石墨的导电系数，从而增强的电池阳极的导电性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的碳量子点的TEM图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种基于离子液体的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.06mol(5.53g)丙三醇和0.01mol(1.80g)葡萄糖进行混合，升温至110℃，直至体系均一透明，恒温反应5h，得到离子液体；
(2)将1g的离子液体与30g的去离子水混合后，于200℃加热反应10h后，用0.22um的滤纸进行砂芯抽滤，去除大颗粒的杂质，得到基于离子液体的碳量子点。
上述碳量子点在电池中的应用，用于制备导电剂，进而制备电池的阳极活性物质，具体步骤如下：
将碳量子点与石墨以质量比为1：2进行混合，得到所述导电剂，将所述导电剂加入到以二氧化锰作为阳极的电池中，导电剂与二氧化锰的质量比为1：20，与电解液混合，作为电池的阳极活性物质。
实施例2
一种基于离子液体的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.07mol(6.45g)丙三醇和0.01mol(1.50g)木糖进行混合，升温至110℃，直至体系均一透明，恒温反应1h，得到离子液体；
(2)将1g的离子液体与30g的去离子水混合后，于180℃加热反应12h后，用0.22um的滤纸进行砂芯抽滤，去除大颗粒的杂质，得到基于离子液体的碳量子点。
上述碳量子点在电池中的应用，用于制备导电剂，进而制备电池的阳极活性物质，具体步骤如下：
将碳量子点与石墨以质量比为1：3进行混合，得到所述导电剂，将所述导电剂加入到以二氧化锰作为阳极的电池中，导电剂与二氧化锰的质量比为1：30，与电解液混合，作为电池的阳极活性物质。
实施例3
一种基于离子液体的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.10mol(6.20g)乙二醇和0.01mol(3.60g)麦芽糖进行混合，升温至100℃，直至体系均一透明，恒温反应5h，得到离子液体；
(2)将1g的离子液体与15g的去离子水混合后，于180℃加热反应12h后，用0.22um的滤纸进行砂芯抽滤，去除大颗粒的杂质，得到基于离子液体的碳量子点。
上述碳量子点在电池中的应用，用于制备导电剂，进而制备电池的阳极活性物质，具体步骤如下：
将碳量子点与石墨以质量比为1：10进行混合，得到所述导电剂，将所述导电剂加入到以二氧化锰作为阳极的电池中，导电剂与二氧化锰的质量比为1：100，与电解液混合，作为电池的阳极活性物质。
实施例4
一种基于离子液体的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.06mol(9.13g)木糖醇和0.02mol(3.60g)半乳糖进行混合，升温至90℃，直至体系均一透明，恒温反应20h，得到离子液体；
(2)将1g的离子液体与20g的去离子水混合后，于220℃加热反应9h后，用0.22um的滤纸进行砂芯抽滤，去除大颗粒的杂质，得到基于离子液体的碳量子点。
上述碳量子点在电池中的应用，用于制备导电剂，进而制备电池的阳极活性物质，具体步骤如下：
将碳量子点与石墨以质量比为1：1进行混合，得到所述导电剂，将所述导电剂加入到以二氧化锰作为阳极的电池中，导电剂与二氧化锰的质量比为1：10，与电解液混合，作为电池的阳极活性物质。
为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。
对比例1
电池的阳极活性物质，由石墨和二氧化锰制得。制备方法具体包括如下步骤：
将石墨加入到以二氧化锰作为阳极的电池中，石墨与二氧化锰的质量比为1：20，与电解液混合，作为电池的阳极活性物质。
为了更好的说明本发明实施例提供的碳量子点的特性，下面将实施例1得到的碳量子点及实施例1和对比例1制备的电池的阳极活性物质进行相应性能的测试，结果如图1及表1所示。
表1
注：放分时间——负荷4.0Ω连放至1.0V的放电时间(min)；保持率——电池贮存后放分时间/新电放分时间；新电——生产出来后不满一个月的电池；45℃三个月——电池在45℃环境中存放三个月；常温半年——电池在自然温度下存放半年。
由图1可得，碳量子点近似球形结构，且保持较好的单分散性，有助于与石墨和二氧化锰形成阳极活性物质。由表1中数据可得，分别在新电、45℃三个月、常温半年的情况下，实施例1中阳极活性物质与对比例1中阳极活性物质相比，放分时间均有显著延长。实施例1在新电情况下放分时间提高了5.4％，且在45℃三个月、常温半年的情况下均具有很好的保持效果，保持率高达95％左右。说明本发明实施例提供的碳量子点能够提高电池内部空间利用率，增强石墨的导电系数，从而增强的电池阳极的导电性，改善电池稳定性，延长电池寿命。本发明实施例2-4中的碳量子点与实施例1中的碳量子点具有相当的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种碳量子点在电池中的应用，其特征在于，所述碳量子点是由离子液体与去离子水以质量比为1-2：30混合后，经加热、过滤和干燥处理得到；
所述离子液体由摩尔比为3-10：1的醇类化合物和糖类化合物制得。
2.如权利要求1所述的碳量子点在电池中的应用，其特征在于：所述醇类化合物为如下通式CnH2n+2Ox中的至少一种，其中，1≤n≤10，1≤x≤n。
3.如权利要求1所述的碳量子点在电池中的应用，其特征在于：所述糖类化合物为单糖、双糖或低聚糖。
4.如权利要求3所述的碳量子点在电池中的应用，其特征在于：所述糖类化合物为***糖、木糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖、麦芽糖或乳糖中的至少一种。
5.如权利要求1所述的碳量子点在电池中的应用，其特征在于，所述离子液体的制备方法为：将所醇类化合物与糖类化合物混合后，升温至90～110℃，恒温反应1-20h，得到离子液体。
6.如权利要求1所述的碳量子点在电池中的应用，其特征在于：所述加热温度为180-220℃，时间为9-12h。
7.一种导电剂，其特征在于：采用权利要求1或6所述的碳量子点和石墨制成，所述碳量子点与石墨的质量比为1：1-10。
8.一种电池，其特征在于：包括权利要求7所述的导电剂。
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