1.一种利用抗生素菌渣制备薄层石墨烯/过渡金属氟化物复合正极活性材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1):水热液化
将包含抗生素菌渣和碱的水溶液进行水热液化,随后固液分离,得到菌渣溶液;
步骤(2):热处理
向菌渣溶液中加入过渡金属m源,液相混合后进行脱水处理,随后再进行热处理;所述的热处理包括依次进行的第一段预处理和第二段热处理;其中第一段热处理的温度为400-600℃;第二段热处理的温度为700-900℃;且热处理过程的升温速率为2-10℃/min;
步骤(3):原位氟化
将步骤(2)热处理得到的产物和氟源进行氟化、退火处理,即得所述的薄层石墨烯/m金属的氟化物复合正极活性材料。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的抗生素菌渣为土霉素菌渣、青霉素菌渣、头孢菌素菌渣中的至少一种;
优选地,以抗生素菌渣干重计,其中的碳含量在30~53wt.%,氮含量在3~16wt.%,氧含量在10~25wt.%,磷含量在0.2~10wt.%,硫含量在0.3~12wt.%;
所述的抗生素菌渣的粒径为1-30μm。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,对抗生素菌渣预先经酸预处理,随后再进行水热液化;
优选地,所述的酸预处理过程采用的酸液为盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、磷酸及醋酸中的一种或几种;浓度优选为10-20wt.%;
优选地,酸预处理的时间为2-8h。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的碱为碱金属氢氧化物;优选为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种;
优选地,以抗生素菌渣的干重计,所述的碱相对于抗生素菌渣的重量的比例为0.5~2:1;
优选地,水热反应的温度为120-210℃。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的过渡金属m源为过渡金属m元素的盐,优选为过渡金属元素的硝酸根、硫酸根、氯离子、磷酸根中的一种或几种;
优选地,所述的过渡金属m原位为铁、钴、镍、铜、锌中的至少一种;优选为铁;
优选地,以抗生素菌渣的干重计,所述的过渡金属m源相对于抗生素菌渣的重量的比例为0.5~3:1。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,热处理过程在无氧气氛下进行,所述的无氧气氛为氮气、惰性气体、氢气中的至少一种;
优选地,第一段热处理的时间为2~6h;
优选地,第二段热处理的时间为2~6h。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)中,将热处理的产物预先经过水洗-有机溶剂洗涤并干燥后进行后续的氟化、退火处理;
优选地,所述的有机溶剂为乙醇;
优选地,所述的氟源为氢氟酸、氟化氢、氟气、氟化氮中的一种或几种;
优选地,氟化过程的温度为60-130℃;优选的氟化时间为1-36h;
优选地,退火温度为200-300℃;优选的退火时间为3-12h。
8.一种权利要求1~7任一项所述的方法制得的薄层石墨烯/过渡金属氟化物复合正极活性材料;其特征在于,包括薄层石墨烯,以及均匀原位弥散镶嵌在石墨烯表面以及基底中的过渡金属m的氟化物;其中,所述的薄层石墨烯原位掺杂有n、o、p、s等杂原子,且具有微孔、介孔和大孔的层次孔结构。
9.一种权利要求1~7任一项所述的方法制得的薄层石墨烯/过渡金属氟化物复合正极活性材料的应用,其特征在于,将其用作锂离子电池的正极活性材料。
10.一种锂离子电池,其特征在于,包含权利要求1~7任一项所述的方法制得的薄层石墨烯/过渡金属氟化物复合正极活性材料;
优选地,所述的锂离子电池的正极包含所述的薄层石墨烯;
进一步优选,所述的锂离子电池的正极活性材料为所述的薄层石墨烯/过渡金属氟化物复合正极活性材料。