CN109830675B - 用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法 - Google Patents

用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其步骤为:将MXene超声分散于水中得到MXene分散液,加入聚乙烯亚胺,即PEI得到PEI改性MXene分散液;将单层MoS2分散于水中得到MoS2分散液,加入聚乙烯二醇使其具有黏性;将具有黏性的MoS2分散液和PE改性的MXene分散液依次旋涂于PET基底上,干燥后得到用于锂离子电池的MXene/MoS2层状复合材料。

Description

用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备技术。
背景技术
锂离子电池由于能量密度高,循环寿命长,环境相容性好等优点而备受关注。MXene和MoS2均具有二维层状结构,是理想的锂离子电池负极材料。MXene作为锂离子电池负极材料具有电导率高的优点,但比容量相对较低。MoS2虽然比容量高,但电导率较MXene低,倍率性能有限。因此设计和制备MXene/MoS2层状复合材料有望兼备MXene和MoS2的优点。然而,目前报道的MXene/MoS2层状复合材料自组装方法主要是将带有相反电荷的MoS2和MXene分散液混合,使MoS2和MXene通过静电作用相结合,从而形成MXene/MoS2层状复合材料。该自组装方法可控性较差,难以精确控制MXene/MoS2层状复合材料的层数与厚度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法。
本发明是用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其步骤为:将MXene超声分散于水中得到MXene分散液,加入聚乙烯亚胺(PEI),即得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;将单层MoS2分散于水中得到带负电荷的MoS2分散液,加入聚乙二醇(PEG)使其具有黏性;将具有黏性的带负电荷MoS2分散液和PEI改性的带正电荷的MXene分散液依次旋涂于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底上,在静电作用下带正电荷的MXene和带负电荷的MoS2进行自组装;干燥后,将PET基底剥离,得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
本发明提出使用匀胶机旋涂法可控制备MXene/MoS2层状复合材料,使用匀胶机将带有相反电荷的MoS2和MXene分散液依次旋涂在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底上,使带负电荷的MoS2和带正电荷的MXene通过静电作用相结合,最终获得MXene/MoS2层状复合材料。相较于传统的液相静电自组装,该旋涂法可以将自组装过程未发生静电自组装的MXene和MoS2通过离心力有效去除,有效地避免了传统自组装方法的不可控性,不但能够精确控制两种层状材料交替插层复合,而且能够精确控制复合材料的层数和厚度。
具体实施方式
本发明是用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其步骤为:将MXene超声分散于水中得到MXene分散液,加入聚乙烯亚胺(PEI),即得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;将单层MoS2分散于水中得到带负电荷的MoS2分散液,加入聚乙二醇(PEG)使其具有黏性;将具有黏性的带负电荷MoS2分散液和PEI改性的带正电荷的MXene分散液依次旋涂于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底上,在静电作用下带正电荷的MXene和带负电荷的MoS2进行自组装;干燥后,将PET基底剥离,得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
以上所述的用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其具体操作步骤为:
(1)取30 mg MXene粉末加入100 ml去离子水中,冰浴超声1 h,得到MXene分散液;
(2)取100 ml浓度为8 mg/mL 的PEI水溶液,搅拌将其加入MXene分散液,60 ℃水浴搅拌12 h;
(3)将步骤(2)所得溶液在4000 r/min下离心洗涤,每次5 min,直至上清液PH=7,得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;
(4)取100 mg单层MoS2粉末加入50 ml去离子水中,超声30 min得到带负电荷的MoS2分散液;
(5)取500 mg PEG加入50 ml MoS2分散液,搅拌至变为黏液;
(6)使用匀胶机将步骤(5)所得溶液旋涂于PET基底上,时间1~5min,转速为1000~4500 r/min;
(7)使用匀胶机将步骤(3)所得溶液旋涂于步骤(6)所得PET基底上;
(8)重复步骤(6)和(7)获得层数可控的MXene/MoS2层状复合材料;
(9)将步骤(8)所得MXene/MoS2层状复合材料用丙酮清洗除掉聚乙二醇,60 ℃干燥24 h,将PET基底剥离即可得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
以上所述的用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料制备方法,所说的MXene为Ti3C2Tx,或者Ti2CTx,或者V2CTx,或者Mo3C2Tx
以上所述的用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料制备方法,所使用PET基底的厚度为1 mm。
实施例1:
(1)将30 mg MXene粉末加入100 ml去离子水中,冰浴超声1 h,得到MXene分散液;
(2)取100 ml浓度为8 mg/mL 的PEI水溶液,搅拌下将其加入MXene分散液,60 ℃水浴搅拌12 h;
(3)将步骤(2)所得溶液在4000 r/min下离心洗涤,每次5 min,直至上清液PH=7,得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;
(4)取100 mg单层MoS2粉末加入50 ml去离子水中,超声30 min得到带负电荷的MoS2分散液;
(5)取500 mg PEG加入50 ml MoS2分散液,搅拌至其变为黏液;
(6)使用匀胶机将步骤(5)所得溶液旋涂于PET基底上,旋涂时间2 min,转速为1500 r/min;
(7)使用匀胶机将步骤(3)所得溶液旋涂于步骤(6)所得PET基底上;
(8)重复步骤(6)和(7)获得层数可控的MXene/MoS2层状复合材料;
(9)将步骤(8)所得MXene/MoS2层状复合材料用丙酮清洗除掉聚乙二醇,60 ℃干燥24 h,将PET基底剥离即可得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
实施例2:
(1)取30 mg MXene粉末加入100 ml去离子水中,冰浴超声1 h,得到MXene分散液;
(2)取100 ml浓度为8 mg/mL 的PEI水溶液,搅拌下将其加入MXene分散液,60 ℃水浴搅拌12 h;
(3)将步骤(2)所得溶液在4000 r/min下离心洗涤,每次5 min,直至上清液的PH=7,得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;
(4)取100 mg单层MoS2粉末加入50 ml去离子水中,超声30 min得到带负电荷的MoS2分散液;
(5)将500 mg PEG加入50 ml MoS2分散液,搅拌至其变为黏液;
(6)使用匀胶机将步骤(5)所得溶液旋涂于PET基底上,旋涂时间1 min,转速为2000 r/min;
(7)使用匀胶机将步骤(3)所得溶液旋涂于步骤(6)所得PET基底上;
(8)重复步骤(6)和(7)获得层数可控的MXene/MoS2层状复合材料;
(9)最后将步骤(8)所得MXene/MoS2层状复合材料用丙酮清洗除掉聚乙二醇,60℃干燥24 h,将PET基底剥离,即可得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
实施例3:
(1)取30 mg MXene粉末加入100 ml去离子水中,冰浴超声1 h,得到MXene分散液;
(2)取100 ml浓度为8 mg/mL 的PEI水溶液,搅拌下将其加入MXene分散液,60 ℃水浴搅拌12 h;
(3)将步骤(2)所得溶液在4000 r/min下离心洗涤,每次5 min,直至上清液的PH=7,得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;
(4)取100 mg单层MoS2粉末加入50 ml去离子水中,超声30 min得到带负电荷的MoS2分散液;
(5)将500mg PEG加入50 ml MoS2分散液,搅拌至其变为黏液;
(6)使用匀胶机将步骤(5)所得溶液旋涂于PET基底上,旋涂时间1min,转速2500r/min;
(7)使用匀胶机将步骤(3)所得溶液旋涂于步骤(6)所得PET基底上;
(8)重复步骤(6)和(7)获得层数可控的MXene/MoS2层状复合材料;
(9)最后将步骤(8)所得MXene/MoS2层状复合材料用丙酮清洗除掉聚乙二醇,60℃干燥24 h,将PET基底剥离,即可得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
以上所述为本发明实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的领域技术,均同理包括在本发明专利保护范围内。

Claims (4)

1.用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其特征在于,其步骤为:将MXene超声分散于水中得到MXene分散液,加入聚乙烯亚胺(PEI),即得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;将单层MoS2分散于水中得到带负电荷的MoS2分散液,加入聚乙二醇(PEG)使其具有黏性;将具有黏性的带负电荷MoS2分散液和PEI改性的带正电荷的MXene分散液依次旋涂于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底上,在静电作用下带正电荷的MXene和带负电荷的MoS2进行自组装;干燥后,将PET基底剥离,得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其特征在于,其具体操作步骤为:
(1)取30 mg MXene粉末加入100 ml去离子水中,冰浴超声1 h,得到MXene分散液;
(2)取100 ml浓度为8 mg/mL的PEI水溶液,搅拌将其加入MXene分散液,60 ℃水浴搅拌12 h;
(3)将步骤(2)所得溶液在4000 r/min下离心洗涤,每次5 min,直至上清液PH=7,得到PEI改性的带正电荷的MXene分散液;
(4)取100 mg单层MoS2粉末加入50 ml去离子水中,超声30 min得到带负电荷的MoS2分散液;
(5)取500 mg PEG加入50 ml MoS2分散液,搅拌至其变为黏液;
(6)使用匀胶机将步骤(5)所得溶液旋涂于PET基底上,时间1~5min,转速为1000~4500 r/min;
(7)使用匀胶机将步骤(3)所得溶液旋涂于步骤(6)所得PET基底上;
(8)重复步骤(6)和(7)获得层数可控的MXene/MoS2层状复合材料;
(9)将步骤(8)所得MXene/MoS2层状复合材料用丙酮清洗除掉聚乙二醇,60 ℃干燥24h,将PET基底剥离即可得到用于锂离子电池负极的MXene/MoS2层状复合材料。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其特征在于:所说的MXene为Ti3C2Tx,或者Ti2CTx,或者V2CTx,或者Mo3C2Tx
4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池负极的MXene/MoS2复合材料制备方法,其特征在于:所使用PET基底的厚度为1 mm。
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