鋰離子電池(LIB)由于高能量密度和長循環(huán)壽命而備受關(guān)注。理論容量僅為372mAh/g的商業(yè)石墨已無法滿足滿足不斷增長的動(dòng)力需求，因此，具有較高理論比容量(4200mAh/g)的硅基負(fù)極材料被認(rèn)為是下一代鋰離子電池的最佳負(fù)極材料，然而，其鋰化過程中巨大的體積膨脹(>300％)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破碎以及電化學(xué)反應(yīng)期間的相變等缺點(diǎn)，造成容量快速衰減并顯著限制了其商業(yè)應(yīng)用。

近年，理論容量高達(dá)1965mAh/g的無定形二氧化硅引起人們的關(guān)注，其鋰化反應(yīng)生成Li2O可作為體積變化的緩沖組分。但是，由于初始庫倫效率低和電導(dǎo)率低限制了其應(yīng)用。為了解決純二氧化硅負(fù)極材料存在的上述問題，本發(fā)明開創(chuàng)性地使用碳量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合二氧化硅制備鋰電負(fù)極材料，在200mA/g的電流密度下，其首次放電比容量可達(dá)1124.8mAh/g，首次充電比容量可達(dá)725.7mAh/g，60次循環(huán)后可保持568.7mAh/g的可逆比容量；在4A/g的電流密度下，200次循環(huán)后可保持568.7mAh/g的可逆比容量。

本發(fā)明的目的在于提供一種碳量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合二氧化硅負(fù)極材料及其制備方法。

本發(fā)明涉及的碳量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合納米二氧化硅負(fù)極材料中，碳量子點(diǎn)衍生碳納米片厚度≤2nm、含有質(zhì)量比為0.8％?1.3％的硫，二氧化硅的形貌為球形、晶體結(jié)構(gòu)為無定型結(jié)構(gòu)、平均粒徑約150nm。

碳量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合納米二氧化硅負(fù)極材料的制備方法具體步驟為：

(1)取40mL體積百分比濃度為40％的乙醛溶液放入100mL燒杯中，在劇烈的磁力攪拌下，緩慢加入8g NaOH固體反應(yīng)1小時(shí)后在室溫環(huán)境中靜置72小時(shí)，然后將反應(yīng)所得黑色油狀固體取出置于燒杯中，加入50mL濃度為1mol/L的鹽酸溶液攪拌1小時(shí)后，用去離子水反復(fù)離心清洗至中性后，將固體粉末放入烘箱中在70℃下保溫12小時(shí)，即得碳量子點(diǎn)。

(2)稱取1g步驟(1)所得碳量子點(diǎn)和6g硫摻雜劑放入研缽中，置于5mL氧化鋁坩堝中，放入管式爐，在氮?dú)鈿夥障?，?℃/min加熱至800℃、保溫1小時(shí)，冷卻至室溫后，用去離子水清洗抽濾3～5次，放入烘箱中加熱至70℃、保溫12小時(shí)，得碳量子點(diǎn)衍生碳納米片。

(3)將50～200mg步驟(2)所得碳量子點(diǎn)衍生碳納米片分散于8mL分析純無水乙醇中并超聲30分鐘，加入質(zhì)量百分比濃度為28％的氨水使體系的pH值為8～10，加入0.5mL分析純正硅酸乙酯，靜置12小時(shí)后加入1mL去離子水形成凝膠，放入冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥，即得碳量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合二氧化硅負(fù)極材料。

(4)將步驟(3)所得碳量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合二氧化硅負(fù)極材料、科琴黑和聚偏氟乙烯共0.1g按質(zhì)量比為5:3:2混合，添加1～1.5mL分析純N?甲基?2?吡咯烷酮溶劑研磨制成漿料，涂布在銅箔集流體上，涂布厚度為10μm，放入真空干燥箱加熱至110℃、保溫10小時(shí)，冷卻至室溫后，利用沖片機(jī)沖成直徑為16mm的圓形極片。

(5)以金屬鋰片為對電極，隔膜選擇微孔結(jié)構(gòu)的聚丙烯，電解液為溶解有濃度為1mol/L LiPF6的EC+DMC+DEC溶液，EC、DMC和DEC體積比為1:1:1，在氬氣保護(hù)的手套箱中組裝成CR2025型電池，封口后，靜置12小時(shí)，進(jìn)行電化學(xué)性能測試，測試電壓為3～0.01V，電流密度為200mA/g～4A/g。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)制備的碳量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合二氧化硅負(fù)極材料中，碳量子點(diǎn)衍生碳納米片做為內(nèi)核支撐骨架，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和增強(qiáng)電導(dǎo)，從而增強(qiáng)循環(huán)穩(wěn)定性。

(2)在制備的成本優(yōu)勢上，本技術(shù)以簡便的溶膠凝膠法及冷凍干燥處理實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)衍生碳納米片復(fù)合二氧化硅負(fù)極材料的制備，具備操作步驟少、能耗低的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)成本優(yōu)勢。