[發明專利]二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010052345.7
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111244418A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 韓生;馬健;孔玥;黃燕山;楊圓圓;胡曉敏;李原婷;藺華林
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/60;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 許耀

本發明涉及一種二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料及其制備方法和應用，該制備方法將3,4,9,10?苝四酸二酐加入到MXene的NMP溶液中，攪拌后加入乙二胺，攪拌后進行溶劑熱反應，制得復合材料前驅體，還原后得到二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料。與現有技術相比，本發明將PI均勻地負載在MXene基底上，具有工藝簡單，條件溫和，成本低廉等優點；制得的鈉電復合材料作為鈉離子電池正極顯示了優異的電化學性能，為MXene與有機正極材料在電化學領域的研究和應用提供了很好的實驗數據和理論支持。

技術領域

本發明屬于材料科學和電化學技術領域，尤其是涉及一種二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池(LIBs)以其優異的儲能性能，在近幾十年的電子電氣工業中發揮了非常重要的作用。但盡管如此，地球上的鋰金屬是有限的，鋰離子電池價格昂貴，生產要求很高。同時，鈉離子電池(SIBs)以其無過放電、生產成本低、鈉儲備豐富等優點，正逐漸進入人們的視野。目前，無機材料在LIBs陽極材料中占據了主要地位，但其比容量低、結構穩定性差、生產能耗高等缺點仍然明顯。同時，有機材料具有成本低、理論容量大、結構可控、環境友好等優點，近年來發展迅速。近年來，有機陽極，特別是共軛羰基化合物以其理論容量大、反應動力學快、環境可持續性好等優點，成為無機陽極的理想替代品。特別是聚酰亞胺(PI)等共軛羥基聚合物由于其優異的循環性能和延長的循環壽命而受到廣泛關注。然而，共軛羥基聚合物本身的導電性較差。

目前，一種廣泛改進的方法是添加導電炭，但效果不佳。而且，簡單地加入大量的導電物質，會降低其電化學活性，降低其利用率。

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二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料及其制備方法和應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明一方面提供一種二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料的制備方法，將3,4,9,10-苝四酸二酐(PTCDA)加入到MXene的NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶液中，攪拌后加入乙二胺，攪拌后進行溶劑熱反應，制得復合材料前驅體，還原后得到所述的二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料。

作為本發明優選的技術方案，所述的MXene的NMP溶液是通過將MXene去除水分后，溶解在NMP溶劑中得到。

作為進一步優選的技術方案，通過將MXene多次高速離心除去水分。

作為優選的技術方案，所述的MXene為Ti₃C₂T_x。

作為本發明優選的技術方案，所述的3,4,9,10-苝四酸二酐與MXene的質量比為4-6:1。

作為本發明優選的技術方案，所述的3,4,9,10-苝四酸二酐與乙二胺的質量之比為100:15-16。

作為本發明優選的技術方案，溶劑熱反應的溫度為150-200℃，保持時間為12-24小時。

作為本發明優選的技術方案，前驅體復合材料的還原是指干燥后在氮氣氛圍中高溫碳化處理。

作為本發明優選的技術方案，碳化處理的溫度為200-500℃，時間為5-12小時。

本發明第二方面提供所述的制備方法獲得的二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料。

本發明第三方面提供所述的二維碳化物晶體基聚酰亞胺鈉電復合材料的應用，將其用作鈉離子電池正極材料。