[发明专利]柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极及制备

权利要求书

1.一种柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极，其特征在于：黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极具有柔性和强度，厚度为2～200μm，电导率为200～5000S/m，黑磷纳米片含量为10～90wt％，石墨烯含量为10～90wt％，整个负极容量在100mA·g^-1时的首次放电容量大于800mAh·g^-1；采用矿物质辅助的气相输运方法合成黑磷块体，然后在水中采用超声方法制备干净的黑磷纳米片，将黑磷纳米片和石墨烯分散在有机溶剂中，超声后真空抽滤在有机隔膜上，真空干燥后将薄膜从有机隔膜上剥离得到黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极。

2.按照权利要求1所述的柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极，其特征在于：黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极的厚度为2～50μm，电导率为500～3000S/m；黑磷纳米片含量为40～80wt％，石墨烯含量为20～60wt％，整个负极容量在100mA·g^-1时的首次放电容量为806～919mAh·g^-1。

3.根据权利要求1所述的柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)采用矿物质辅助的气相输运方法合成黑磷块体：将红磷、金锡合金及四碘化锡按照900:360:18的重量比封装在石英安瓿中，抽真空至小于10^-3mbar，然后将石英安瓿1h内加热至600～700℃，保温20～30h后以30～50℃/h的速度降至500℃，在该温度下至少保持30min后自然冷却至室温，然后将获得黑磷块体用热的甲苯反复清洗去除杂质得到黑磷样品；

(2)在水中采用超声方法制备干净的黑磷纳米片：将黑磷块体研磨后放入去离子水中，探头超声处理和高速离心后，取出上清液，真空抽滤、乙醇清洗、50～70℃真空干燥10～16h后得到黑磷纳米片；

(3)采用真空抽滤制备黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极：将黑磷纳米片和石墨烯分散在有机溶剂中，超声0.5～2h后真空抽滤在有机隔膜上，乙醇清洗，80～120℃真空干燥10～16h后将薄膜从有机隔膜上直接剥离得到黑磷纳米片-石墨烯复合的薄膜负极。

4.根据权利要求3所述的柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，制备黑磷纳米片的探头超声功率为95～570W，探头超声时间为0.5～5h；制备黑磷纳米片的离心速度为500～10000转每分钟，离心时间0.5～2h。

5.根据权利要求3所述的柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极的制备方法，其特征在于：黑磷块体的晶体尺寸为0.1～5mm，纯度大于99.8at％。

6.根据权利要求3所述的柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极的制备方法，其特征在于：黑磷纳米片的层数在20层以下、横向尺寸在50～1000nm；石墨烯片由插层-剥离方法制得，层数为3～8层、横向尺寸在1～5μm。

7.根据权利要求3所述的柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极的制备方法，其特征在于：分散黑磷纳米片和石墨烯的有机溶剂为醇类、酮类、醛类、有机酸、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯苯或二氯苯。

8.根据权利要求3所述的柔性锂离子电池黑磷纳米片-石墨烯复合薄膜负极的制备方法，其特征在于：有机隔膜为孔径分布范围10～1000nm的聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜、聚偏氟乙烯隔膜或纤维素复合膜隔膜。