[發明專利]黑磷量子點/碳化鈦納米片復合材料的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711347918.3
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108199015B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 楊金虎;孟瑞晉;黃繼梅;劉光磊;祖連海;徐夢竹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及黑磷量子點/碳化鈦納米片復合材料的制備方法和應用，將單層或少層的Ti₃C₂納米片與在有機溶液中均勻分散的黑磷量子點混合，經超聲、攪拌、干燥等簡單工藝得到黑磷量子點/碳化鈦(BPQDs/Ti₃C₂)納米片復合材料。以涂在銅片上的BPQDs/Ti₃C₂納米片復合材料作為能源電池的工作電極，以金屬箔為對電極和參比電極，以玻璃微纖維過濾膜為隔膜，以有機溶液為電解液，在充滿高純氬氣的手套箱中組裝成紐扣電池。本產品可作為二維電極材料，廣泛應用于鋰離子電池等能源領域，具有優異的充/放電性能及循環穩定性。

技術領域

本發明屬于新能源材料的開發與研究技術領域，尤其是涉及一種黑磷量子點/碳化鈦納米片復合材料的制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池因其開路電壓高、能量密度高、無記憶效應、循環壽命長和對環境友好等優點，廣泛應用在手機、筆記本電腦、數碼相機等便攜式電子產品，并且在電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)等領域有良好的發展前景。目前商業化使用的負極材料主要是石墨，其理論比容量為372mAh/g,已不能滿足日益增加的能源需求。電極材料是影響電池性能的重要部分。黑磷(BP)是一種具有高載流子遷移率和高儲能比容量的二維層狀電池負極材料。理論研究表明，Li在磷烯(Z方向)擴散速度是在其他二維材料MoS₂和石墨烯的數百倍；另外，黑磷具有較石墨7倍高的儲鋰理論比容量(2596mAh g^-1)。然而，塊狀/微米尺寸的BP因其在循環過程中存在較大體積膨脹(≈300％)，導致容量快速衰減。

中國專利CN106892426A公開了一種石墨烯與黑磷量子點復合材料的制備方法，首先采用液相剝離法將塊狀黑磷晶體剝離得到片狀黑磷，然后采用溶劑熱法；制備黑磷量子點氮甲基吡咯烷酮分散液；將黑磷量子點分散液加入到石墨烯氮甲基吡咯烷酮分散液中，采用共沉淀法使得黑磷量子點吸附到石墨烯納米片的表面，然后烘干，離心洗滌，干燥后即可得到所需材料。該專利用的石墨烯雖和Ti₃C₂都是導電性很好的二維層狀材料，然后石墨烯價格較高；另一方面該專利在制備過程中需要兩次高溫干燥，多次洗滌，制備過程較復雜；再則，該專利只是涉及兩種材料的復合制備并沒有對其應用進行研究。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種黑磷量子點/碳化鈦納米片復合材料的制備方法和應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種黑磷量子點/碳化鈦納米片復合材料的制備方法，其特征在于，該方法采用以下步驟：

(1)利用酸對Ti₃AlC₂進行刻蝕得到Ti₃C₂，然后在水中超聲得到單層或少層的Ti₃C₂納米片并將其凍干；

(2)黑磷塊在排除空氣的有機溶劑中超聲剝離得到黑磷量子點；

(3)將步驟(1)制備的Ti₃C₂納米片與步驟(2)得到的帶有黑磷量子點的有機溶液混和，隨后進行超聲、攪拌、干燥處理制備得到BPQDs/Ti₃C₂納米片復合材料，黑磷量子點均勻較密集的分散在Ti₃C₂納米片表面，黑磷量子點的三維尺寸均小于10nm，其不僅可以全方位地縮短鋰離子擴散路徑，而且可以有效的減緩充/放電過程中電極材料的體積膨脹，Ti₃C₂納米片厚度為10～100nm。

步驟(1)中采用的酸為為含氟酸，包括濃HF、LiF+HCl溶液等，在水中超聲10～60min，超聲功率為60～200W。