[發明專利]一種二維層狀復合薄膜的制備方法及其產品和應用

有效

• 申請號: 201410175712.7
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103956470A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 彭新生;劉瑜
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 鄭紅莉

技術領域

本發明涉及復合薄膜的制備領域，具體涉及一種二維層狀復合薄膜的制備方法及其產品和應用。

背景技術

二維層狀復合薄膜，由于其獨特的層狀結構，作為鋰離子電池負極材料時有利于離子和電解液傳輸，近年來受到了廣泛的關注。

目前獲得的二維層狀復合薄膜的主要方法是通過化學方法直接在二維材料上負載另外的物質形成復合薄膜。

如公開號為CN103497473A的中國專利文獻公開了一種納米銀粒子/二維層狀納米結構復合薄膜的制備方法，將聚乙烯吡咯烷酮加入到乙醇中，磁力攪拌的同時水浴加熱，加入二維層狀納米結構材料水溶液，加入AgNO₃，攪拌，得到溶膠，將溶膠在空氣中靜置老化，采用絲網印刷方式將經過處理的溶膠印制到鈉鈣玻璃載玻片上，并干燥，即得。

但上述方法往往需要復雜的化學制備過程，并且對于復合材料的成分操控性不好。

何明澤等(何明澤，劉宗懷，納米層組裝制備石墨烯-錳鈷鎳納米復合材料及其電容性質研究，陜西師范大學，碩士論文，2013年5月)首先制備得到了石墨烯納米層分散液和錳鈷鎳氧化物納米層分散液，以該兩類納米層為組裝單元，通過絮凝法制備了FRGO-MnCoNiO₂納米復合材料，通過納米層自組裝技術制備了(PDDA/MnCoNiO₂/PDDA/RGO)₈薄膜材料。

該文獻中雖然利用簡單的自組裝技術制備了多層復合薄膜，但由于石墨烯納米層分散液與錳鈷鎳氧化物納米層分散液間帶有同種電荷，因此在自組裝過程中，還需要加入PDDA作為粘結劑。

因此，開發一種環境友好、簡單靈活的制備二維多層復合薄膜的方法，是目前的一個研究重點。

發明內容

本發明提供了一種二維層狀復合薄膜的制備方法，利用真空抽濾產生的壓力來克服帶同種電荷納米材料間的排斥力成膜，方法簡單、經濟環保，可以滿足大規模工業化生產；制備得到的二維層狀復合薄膜具備良好的柔韌性，無需添加粘結劑，可直接作為鋰離子電池的負極材料使用，組裝的鋰離子電池具有優良的循環穩定性。

本發明公開了一種二維層狀復合薄膜的制備方法，包括如下步驟：

將至少兩種制膜原料分別配置得到多種分散液，將多種分散液混合攪拌均勻，真空抽濾，得到所述的二維層狀復合薄膜；

所述的制膜原料為二氧化鎢(WS₂)納米顆粒、二氧化鉬(MoS₂)納米顆粒、金(Au)納米顆粒、氧化石墨烯(GO)或碳納米管(CNTs)。

混合后的分散液通過聚碳酸酯多孔膜進行真空抽濾。

作為優選：

WS₂納米顆粒分散液的制備過程如下：

將WS₂納米顆粒分散到正丁基鋰中，室溫攪拌24～48小時后用正己烷洗滌，再分散到水中超聲1～2小時，得到濃度為1.2～1.5mg/mL的WS₂納米顆粒分散液；

MoS₂納米顆粒分散液的制備過程如下：

將MoS₂納米顆粒分散到正丁基鋰中，室溫攪拌12～24小時后用正己烷洗滌，再分散到水中超聲1～2小時，得到濃度為1.5～2.0mg/mL的MoS₂納米顆粒分散液；

Au納米顆粒分散液的制備過程如下：

將Au納米顆粒與去離子水混合得到濃度為0.02～0.03mg/mL的Au納米顆粒分散液；

氧化石墨烯分散液的制備過程如下：

將氧化石墨烯與去離子水混合，超聲分散得到濃度為0.1～0.2mg/mL的氧化石墨烯分散液；

碳納米管分散液的制備過程如下：

將碳納米管分散到5～10M的HNO₃水溶液中，回流處理12～24h，離心分離洗滌至中性，再超聲分散到水溶液中得到濃度為1～2mg/mL的碳納米管分散液。

進一步優選：

分別配置WS₂納米顆粒分散液、MoS₂納米顆粒分散液和Au納米顆粒分散液，再將Au納米顆粒分散液分別與WS₂納米顆粒分散液和MoS₂納米顆粒分散液混合，磁力攪拌10～15min，真空抽濾后，分別得到Au/WS₂復合薄膜和Au/MoS₂復合薄膜；