[发明专利]一种用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于，所述三维多孔黑磷烯/石墨烯以三维多孔的石墨烯为骨架，纳米黑磷烯均匀分布在所述石墨烯的表面；

所述纳米黑磷烯表面带有正电荷，且通过所述正电荷与所述石墨烯间通过静电吸附作用稳定结合；

所述纳米黑磷烯的片层厚度≤10nm，片层尺寸500nm；

所述的三维多孔黑磷烯/石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

1)将黑磷晶体进行电化学插层处理，再经后处理得到插层处理的黑磷晶体；

2)将步骤1)制备的插层处理的黑磷晶体分散在带正电的有机电解质溶液中得到分散液，经超声粉碎、离心分离后取上层液，得到带正电的纳米黑磷烯分散液；

所述带正电的有机电解质选自聚二烯丙基二甲基氯化铵、水溶性低分子量壳聚糖及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮、季铵盐型阳离子表面活性剂中的一种或多种；

所述超声粉碎的功率为300～600W，时间为1～5h；

所述离心分离的转速为3000～9000rpm；

3)配制石墨烯分散液，再将步骤2)制备的所述带正电的纳米黑磷烯分散液与所述石墨烯分散液混合，经自组装后得到混合液；

4)将步骤3)制备的混合液经离心、洗涤、分散到去氧水中，再冷冻干燥得到所述三维多孔黑磷烯/石墨烯。

2.根据权利要求1所述的用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于，所述三维多孔的石墨烯的片径尺寸为500nm～15μm。

3.根据权利要求1所述的用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于，所述三维多孔黑磷烯/石墨烯中，纳米黑磷烯的质量含量为20～80％，石墨烯的质量含量为20～80％。

4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于，所述纳米黑磷烯的片层厚度≤5nm，片层尺寸≤300nm。

5.根据权利要求1所述的用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于，步骤1)中：

所述电化学插层处理的电压为3～8V，时间为20～50min；

所述后处理包括过滤、洗涤。

6.根据权利要求1所述的用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于，步骤2)中：

所述带正电的有机电解质溶液以水为溶剂，浓度为0.1～2wt％；

所述插层处理的黑磷晶体与带正电的有机电解质的质量比为0.2～1：1。

7.根据权利要求1所述的用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于，步骤3)中：

所述石墨烯分散液以水为溶剂，浓度为1～5mg/mL；

所述带正电的纳米黑磷烯与石墨烯的质量比为1：0.25～4。

8.根据权利要求5～7任一权利要求所述的用于镁离子电池的三维多孔黑磷烯/石墨烯，其特征在于：

步骤1)中，所述电化学插层处理的电压为5V，时间为30min；

步骤2)中，所述带正电的有机电解质选自聚二烯丙基二甲基氯化铵，所述带正电的有机电解质溶液的浓度为0.5wt％，所述插层处理的黑磷晶体与带正电的有机电解质的质量比为0.6：1；

所述超声粉碎的功率为500W，时间为3h；所述离心分离的转速为3000rpm，时间为30min；

步骤3)中，所述带正电的纳米黑磷烯与石墨烯的质量比为1：0.6～4。

9.一种镁离子电池，包括负极材料电极以及电解液体系，其特征在于，所述负极材料电极以权利要求1～4任一权利要求所述的三维多孔黑磷烯/石墨烯作为负极材料。