[发明专利]一种聚酰亚胺/MXene复合材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种聚酰亚胺/MXene复合材料及其制备和应用，采用二维结构的MXene(Ti₂C₃)作为基底材料，均苯四甲酸二酐(PMDA)和三聚氰胺通过溶剂热的方法在MXene基底上原位聚合聚酰亚胺(PI)，得到新型聚酰亚胺MXene复合材料，通过此方法得到的PI均匀地负载在MXene基底上。与现有技术相比，本发明所制备的二维结构的碳化物与PMDA制备的聚酰亚胺复合材料作为钠离子电池负极显示了优异的电化学性能，在100mA·g^‑1的充放电流下，容量可达到400mAh·g^‑1，在4A·g^‑1下容量为200mAh·g^‑1的优异的倍率性能，并为MXene与有机材料在电化学领域的研究和应用提供了很好的实验数据和理论支持。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，涉及一种聚酰亚胺/MXene复合材料及其制备和应用。

背景技术

近几十年来，锂离子电池(LIBs)在便携式电子设备的能量存储方面发挥了至关重要的作用。然而，日益增长的能源存储需求，尤其是电动汽车和可再生电力的电网规模存储，不仅引起了人们对能源密度和功率密度的极大关注。

考虑到复杂的制备过程中，有限的资源和环境和安全问题的传统无机电池电极材料,有机材料是有趣的可持续电池替代，因为潜在的低成本、高安全、设计分子结构的多样性，高理论能力由于低分子量和多个电子转移能力但是有机材料依然存在导电性差的缺点，导致其电化学性能不佳，在解决上述问题方面，研究人员已开展了诸多研究，如通过与一些高导电性的基底材料(如石墨烯、炭纤维、二维碳化物晶体)的复合可以有效提高有机材料的导电性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种聚酰亚胺/MXene复合材料及其制备和应用。

通过此方法得到的PI均匀地负载在MXene基底上，具有工艺简单，条件温和，成本低廉等优点。本发明所制备的二维结构的碳化物与PMDA制备的聚酰亚胺复合材料作为钠离子电池负极显示了优异的电化学性能，在100mA·g^-1的充放电流下，容量可达到400mAh·g^-1，在4A·g^-1下容量为200mAh·g^-1的优异的倍率性能。该方法为MXene与有机材料在电化学领域的研究和应用提供了很好的实验数据和理论支持。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提出了一种聚酰亚胺/MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取MXene加入N-甲基吡咯烷酮中，混合超声，得到混合均匀的分散液；

(2)加入均苯四甲酸二酐，搅拌，再加入三聚氰胺，继续搅拌后，将所得混合液进行溶剂热反应；

(3)将溶剂热反应所得的反应产物烘干，即得到目的产物聚酰亚胺/MXene复合材料。

进一步的，步骤(1)中，MXene加入N-甲基吡咯烷酮溶液前，先旋蒸除去水分。

进一步的，MXene、均苯四甲酸二酐和三聚氰胺的质量比为3:3:1。

进一步的，步骤(2)中，加入均苯四甲酸二酐后，搅拌处理至少1h；

加入三聚氰胺后，再搅拌处理至少1h。

进一步的，步骤(2)中，溶剂热反应的温度为150-200℃，时间为12-24h。

进一步的，步骤(2)中，溶剂热反应的温度为150-180℃。

进一步的，所述的MXene为Ti₃C₂。