【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极材料，尤其涉及一种壳聚糖水凝胶及其制备方法和应用、黑磷基电极片及其应用。
技术介绍
1、新能源是支撑现代社会发展必不可缺的一部分，而随着对能源的需求与日俱增，人们追求开发出更高能量密度、环境友好、价格低廉、制备简便的电池材料，自1991年日本索尼公司开发首个商业化碳负极电池以来，商业化负极材料种类未发生明显改变。但其理论比容量为372mah/g，实际比容量仅为300～330mah/g，同时石墨电极存在首次不可逆损失大，倍率放电性能差等问题，因此远远不能满足实际需求，尤其是电动汽车对电池高容量的要求。
2、黑磷材料作为新兴的二维材料，具有优异的电/离子电导以及高的理论容量(在储锂/钠/钾时理论容量均为2596mah/g)，其类似石墨的层状结构，更有利离子穿梭，是一种很有前途的锂离子电池负极材料。但是黑磷基负极材料在充放电过程中结构稳定性差，充放电过程中相变导致的材料超高的体积膨胀(300％)会引起活性物质的粉碎脱落，严重影响循环稳定性，同时生成可溶性的磷化物，其“穿梭效应”会导致活性物质的损失、电极腐蚀等一系列问题，极大地影响电池容量及循环寿命。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种壳聚糖水凝胶及其制备方法和应用、黑磷基电极片及其应用。利用本专利技术提供的壳聚糖水凝胶作为粘结剂代替传统的pvdf制备黑磷基电极片，可逆比容量高，循环性能出色，结构稳定。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利
4、本专利技术提供了上述方案所述壳聚糖水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
5、将壳聚糖溶液与3,4二羟基苯甲醛溶液混合，进行席夫碱反应，邻苯二酚官能团通过亚胺键接枝到壳聚糖上，得到改性壳聚糖；
6、将所述改性壳聚糖进行亚胺键还原，得到所述壳聚糖水凝胶。
7、优选的，所述壳聚糖溶液中壳聚糖与3,4二羟基苯甲醛溶液中3,4二羟基苯甲醛的质量比为(0.5～2):1。
8、优选的，所述席夫碱反应的时间为0.5～3小时。
9、优选的，所述亚胺键还原所用还原剂为硼氢化钠。
10、本专利技术提供了上述方案所述壳聚糖水凝胶或上述方案所述制备方法制备得到的壳聚糖水凝胶作为粘结剂在制备电极片中的应用。
11、本专利技术提供了一种黑磷基电极片，包括集流体和涂覆在所述集流体表面的电极活性材料；所述电极活性材料包括磷碳复合材料、导电剂和壳聚糖水凝胶；所述磷碳复合材料包括黑磷和碳材料，所述黑磷和碳材料通过共价键复合；所述壳聚糖水凝胶为上述方案所述的壳聚糖水凝胶或上述方案所述制备方法制备得到的壳聚糖水凝胶。
12、优选的，所述磷碳复合材料、导电剂和壳聚糖水凝胶的质量比为(7～9):(0.5～2):(0.5～1)。
13、优选的，所述磷碳复合材料中黑磷的质量百分含量为30～80％，碳材料的质量百分含量为20～70％。
14、本专利技术提供了上述方案所述黑磷基电极片作为负极极片在锂离子电池或锂离子电容器中的应用。
15、本专利技术提供了一种壳聚糖水凝胶，包括壳聚糖和通过c-n键接枝在所述壳聚糖上的邻苯二酚官能团。接枝邻苯二酚官能团后的壳聚糖在水中溶解度大幅提升，呈凝胶状态。邻苯二酚基团使得壳聚糖水凝胶有很好地抗湿黏附能力，使得磷负极在电解液中可以很好地保持结构，进而使得黑磷基电极片可以实现大电流密度下稳定的长循环寿命及较高的容量保持率。
16、此外，壳聚糖水凝胶与磷碳复合材料的黏附能力优异，并且含丰富的极性官能团可以吸附副反应产生的可溶性多磷化物，锚定大量的活性物质，抑制副反应造成的活性物质损失，有效地保持极片的完整性，显著地提升了容量。
17、本专利技术提供了上述方案壳聚糖水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖溶液与3,4二羟基苯甲醛溶液混合，进行席夫碱反应，邻苯二酚官能团通过亚胺键接枝到壳聚糖上，得到改性壳聚糖；将所述改性壳聚糖进行亚胺键还原，得到所述壳聚糖水凝胶。壳聚糖分子结构中有大量活性很强的氨基基团，使得该多糖具有优异的生物学功能并能进行化学修饰反应。本专利技术利用3,4二羟基苯甲醛，通过希夫碱反应将邻苯二酚官能团接枝到壳聚糖上(具体是3,4二羟基苯甲醛的醛基与壳聚糖上的伯胺反应，形成含有亚胺键的席夫碱)，然后还原亚胺键。所述壳聚糖水凝胶的制备方法简单。
18、本专利技术提供了一种黑磷基电极片，提供的黑磷基电极片中，磷碳复合材料是黑磷与碳材料在高能球磨条件下复合得到，高能球磨使得黑磷与碳材料通过共价键紧密相连，大大提高电极结构的稳定性。此外，采用壳聚糖水凝胶代替传统、有毒、昂贵的粘结剂(pvdf、paa、cmc)制备黑磷基电极片，得到的黑磷基电极片可逆比容量高、循环性能出色、结构稳定。
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1.一种壳聚糖水凝胶，其特征在于，包括壳聚糖和通过C-N键接枝在所述壳聚糖上的邻苯二酚官能团。
2.权利要求1所述壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液中壳聚糖与3,4二羟基苯甲醛溶液中3,4二羟基苯甲醛的质量比为(0.5～2):1。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述席夫碱反应的时间为0.5～3小时。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述亚胺键还原所用还原剂为硼氢化钠。
6.权利要求1所述壳聚糖水凝胶或权利要求2～5任一项所述制备方法制备得到的壳聚糖水凝胶作为粘结剂在制备电极片中的应用。
7.一种黑磷基电极片，其特征在于，包括集流体和涂覆在所述集流体表面的电极活性材料；所述电极活性材料包括磷碳复合材料、导电剂和壳聚糖水凝胶；所述磷碳复合材料包括黑磷和碳材料，所述黑磷和碳材料通过共价键复合；所述壳聚糖水凝胶为权利要求1所述的壳聚糖水凝胶或权利要求2～5任一项所述制备方法制备得到的壳聚糖水凝胶。
<...【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖水凝胶，其特征在于，包括壳聚糖和通过c-n键接枝在所述壳聚糖上的邻苯二酚官能团。
2.权利要求1所述壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液中壳聚糖与3,4二羟基苯甲醛溶液中3,4二羟基苯甲醛的质量比为(0.5～2):1。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述席夫碱反应的时间为0.5～3小时。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述亚胺键还原所用还原剂为硼氢化钠。
6.权利要求1所述壳聚糖水凝胶或权利要求2～5任一项所述制备方法制备得到的壳聚糖水凝胶作为粘结剂在制备电极片中的应用。
7.一种黑磷基电极片，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：马衍伟，刘柯炜，王凯，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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