【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子，特别涉及一种三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法。
技术介绍
1、由于锂金属具有极高的理论比容量和极低的低氧化还原电势，锂金属是锂离子电池最有前景的阳极材料。提高锂金属阳极的循环稳定性和灵活性是开发柔性锂离子电池的关键技术。然而，传统的锂金属做阳极，锂金属在电极表面不能进行规则的电化学沉积。随着阳极的反复沉积/剥离会导致不可控的支晶生长和电解液的消耗，造成库伦效率的急剧下降；不断生长的支晶还会刺穿隔膜，导致电池短路，造成安全隐患。特别当锂金属阳极在弯折的过程中表面会形成裂缝，加速支晶生长。
2、相关研究表明，通过在阳极构建亲锂的三维基体材料作为锂金属的载体，可以有效降低局部电流密度，调控锂金属在电极表面进行均匀沉积，从而抑制锂支晶的形成。mxene是一种类石墨烯结构的二维纳米材料。由于其表面具有亲锂官能团并且具有良好的导电性和片层间较大的比表面积，mxene成为构建锂负极基体的理想材料。然而，mxene在制备使用过程中由于范德华力的存在，片层间容易发生堆叠，极大限制了片层间锂成核位点的利用。而且作为自支撑载体，mxene的机械强度不够，不能进行有效的拉伸弯折，这限制了锂金属阳极对于灵活性的需求。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，通过mxene表面改性掺杂和牺牲碳酸钙球形模板，构建三维多孔结构的导电网络，以此来解决mxene片层堆叠的问题，
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1，利用丝氨酸分别与mxene悬浮液和enr悬浮液进行加热反应，然后分别离心并用去离子水分散得到丝氨酸枝接mxene悬浮液和丝氨酸枝接enr悬浮液，将所述丝氨酸枝接mxene悬浮液超声成单层，再将所述丝氨酸枝接enr悬浮液和单层的丝氨酸枝接mxene悬浮液按固定比例掺杂，丝氨酸残余基团之间形成氢键，得到s-mxene和s-enr的柔性复合体悬浮液；
5、步骤2，向所述柔性复合体悬浮液中加入氨水，再缓慢倒入氯化钙溶液中，复合体受钙离子吸附影响自发褶皱状并聚沉，将所得沉淀物超声处理，得到复合体吸附钙离子的分散液；
6、步骤3，向所述分散液通入二氧化碳气体，吸附钙离子的材料表面原位生成碳酸钙微球；
7、步骤4，将步骤3所得产物抽滤成膜，静置干燥后用稀盐酸洗净碳酸钙，得到三维多孔结构的mxene柔性复合材料体。
8、在一个实施例中，步骤1所述enr为环氧度为50％的天然乳胶；在分别进行的加热反应中，丝氨酸与mxene的质量比为1：2-3:5；丝氨酸与enr的质量比为1:20-1:18；加热温度为95-100℃，反应时间均为2-4小时；离心转速为9000-1200rmp，离心时间为5-8分钟，离心次数为3-5次；所述超声功率为600-720w，超声时间为1-2h。
9、在一个实施例中，步骤1所述单层的丝氨酸枝接mxene悬浮液和丝氨酸枝接enr悬浮液浓度分别为5mg/ml-8mg/ml、20mg/ml-40mg/ml；所述s-mxene和s-enr掺杂的质量比例为50:1-5:1。
10、在一个实施例中，步骤2所述分散液的制备包括：
11、(1)取0.011-0.033g无水氯化钙溶于去40-50ml离子水中，300r/min转速下搅拌5-7min；
12、(2)量取复合体质量为80-100mg的柔性复合体悬浮液，向其中加入1-2ml氨水，静置5-10min；
13、(3)将加入氨水后的柔性复合体悬浮液缓慢倒入无水氯化钙溶液中，溶液发生絮凝并沉淀；
14、(4)将所得沉淀物以360-400w的超声功率超声分散5-10min，得到复合体吸附钙离子的分散液。
15、在一个实施例中，步骤3所述通入二氧化碳气体的速率为：20-25ml/min，反应持时间为：20-30min。
16、在一个实施例中，步骤3对通入二氧化碳气体反应结束后的分散液进行一次超声重新分散，超声功率为360-400w，超声时间为5-10min。
17、在一个实施例中，步骤4所述抽滤成膜后，静置温度为22-30℃，静置时间为24-36h。
18、在一个实施例中，步骤4所述用稀盐酸清洗薄膜的方法为浸泡法，稀盐酸的浓度为1-1.2mol/l，盐酸浸泡次数为2-3次，每次浸泡反应时间为40-50min。
19、在一个实施例中，步骤4对于盐酸清洗碳酸钙后的膜，用去离子水和无水乙醇反复冲洗去除盐酸，次数为3-5次。
20、本专利技术所得三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料能够用于锂金属负极载体。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
22、第一，本专利技术由于将mxene基的二维材料通过模板法构建成三维结构的导电网络，能提高mxene作为自支撑薄膜的机械强度，同时避免了在抽滤过程中mxene纳米片层的重新堆叠，有效提高mxene层间距，也即提高了基体材料的比表面积，可以有效抑制电池循环过程中负极锂支晶的生成。
23、第二，本专利技术通过丝氨酸在mxene和enr之间构建氢键，氢键的作用使得此三维结构的导电网络相比其他三维材料具有更强的拉伸自愈性，在柔性应用的场景下，能更好的抑制锂负极在电池循环过程中体积膨胀和支晶生长的问题，提高电池循环稳定性。
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1.一种三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤1中：所述ENR为环氧度为50％的天然乳胶；在分别进行的加热反应中，丝氨酸与MXene的质量比为1：2；丝氨酸与ENR的质量比为1:20-1:18；加热温度为95-100℃，反应时间均为2-4小时；离心转速为9000-1200rmp，离心时间为5-8分钟，离心次数为3-5次；所述超声功率为600-720W，超声时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤1中：所述单层的丝氨酸枝接MXene悬浮液和丝氨酸枝接ENR悬浮液浓度分别为5mg/ml-8mg/ml、20mg/ml-40mg/ml；所述S-MXene和S-ENR掺杂的质量比例为50:1-5:1。
4.根据权利要求1所述三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，分散液的制备包括：
5.根据权利要求1所述
6.根据权利要求1或5所述三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，对通入二氧化碳气体反应结束后的分散液进行一次超声重新分散，超声功率为360-400W，超声时间为5-10min。
7.根据权利要求1所述三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，抽滤成膜后，静置温度为22-30℃，静置时间为24-36h。
8.根据权利要求1所述三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，用稀盐酸清洗薄膜的方法为浸泡法，稀盐酸的浓度为1-1.2mol/L，盐酸浸泡次数为2-3次，每次浸泡反应时间为40-50min。
9.根据权利要求1或8所述三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，对于盐酸清洗碳酸钙后的膜，用去离子水和无水乙醇反复冲洗去除盐酸，次数为3-5次。
10.权利要求1所得三维结构的MXene柔性锂金属负极基体材料用于锂金属负极载体的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤1中：所述enr为环氧度为50％的天然乳胶；在分别进行的加热反应中，丝氨酸与mxene的质量比为1：2；丝氨酸与enr的质量比为1:20-1:18；加热温度为95-100℃，反应时间均为2-4小时；离心转速为9000-1200rmp，离心时间为5-8分钟，离心次数为3-5次；所述超声功率为600-720w，超声时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤1中：所述单层的丝氨酸枝接mxene悬浮液和丝氨酸枝接enr悬浮液浓度分别为5mg/ml-8mg/ml、20mg/ml-40mg/ml；所述s-mxene和s-enr掺杂的质量比例为50:1-5:1。
4.根据权利要求1所述三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，分散液的制备包括：
5.根据权利要求1所述三维结构的mxene柔性锂金属负极基体材料的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张苗，孙斌，胡彬烨，杨镐冉，魏葳，林珍华，常晶晶，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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