一种自支撑膜的制备方法及其在制备锂/钠离子电池复合负极中的应用

本发明属于电池负极材料，尤其涉及一种自支撑膜的制备方法及其在制备锂/钠离子电池复合负极中的应用。

背景技术：

1、在过渡金属氧化物中，过渡金属钼和铁的氧化物均具有优异的赝电容特性，若将其组装在同一个材料内，将具有更加显著的赝电容特性。因此基于多个过渡金属化合物复合材料的制备，能够使其具有多个过渡金属氧化物的赝电容特性，发挥各过渡金属元素之间的电化学协同效应，提高复合材料在电化学储能中的赝电容贡献、倍率性能和充放电循环稳定性能。

2、目前，多金属氧化物复合材料的制备以共沉淀、水热和机械混合方法为主。其中水热和共沉淀方法制备的多金属化合物收率偏低，制备过程条件严苛；机械混合法制备的多金属化合物分布不均，且复合材料中单体之间的作用力较弱，因此，有待于开发新的合成方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种自支撑膜的制备方法及其在制备锂/钠离子电池复合负极中的应用，由该自支撑膜制备的膜电极(锂/钠离子电池负极)的倍率和循环稳定性优异。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种自支撑膜的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将三氯化铁溶液、钼酸铵溶液和ti3c2 mxenes分散液混合，搅拌，过滤，干燥，得到含mo、fe和mxenes的复合材料；

4、(2)将所述含钼(mo)、铁(fe)和mxenes的复合材料热处理，得到含moo2、femoo4和mxenes的复合材料；

5、(3)将所述含moo2、femoo4和mxenes的复合材料、聚丙烯腈和二甲基甲酰胺混合，得到静电纺丝液，进行静电纺丝，得到含moo2、femoo4和mxenes的复合材料的自支撑膜。

6、进一步地，在所述自支撑膜的制备方法中，步骤(1)中，三氯化铁溶液的制备方法为：将5.4g三氯化铁完全溶解于20g水中，得到三氯化铁溶液；

7、钼酸铵溶液的制备方法为：将10g钼酸铵完全溶解于20g水中，得到钼酸铵溶液；

8、ti3c2 mxenes分散液的浓度为5mg/ml。

9、进一步地，在所述自支撑膜的制备方法中，步骤(1)包括如下步骤：将5.4g三氯化铁完全溶解于20g水中，得到三氯化铁的水溶液；将10g钼酸铵完全溶解于20g水中，得到钼酸铵的水溶液；取5mg/ml的ti3c2mxenes的分散液40ml；将上述三种溶液混合搅拌48h后过滤干燥得到含mo、fe和mxenes的复合材料。

10、进一步地，在所述自支撑膜的制备方法中，步骤(2)中，热处理的温度为350-550℃，热处理时间为5.0h。步骤(2)的热处理在n2氛围下的管式炉内进行。

11、进一步地，在所述自支撑膜的制备方法中，步骤(3)中，含moo2、femoo4和mxenes的复合材料与聚丙烯腈的质量比为1∶1；二甲基甲酰胺与聚丙烯腈的质量体积比是17ml∶1g。

12、进一步地，在所述自支撑膜的制备方法中，步骤(3)中，静电纺丝时：电压为28kv，推进速度为18μl/min，温度为30℃。

13、一种自支撑膜，根据上述制备方法制备得到。

14、所述自支撑膜在制备锂/钠离子电池复合负极中的应用。

15、作为锂/钠离子电池复合负极时，面密度为0.8-4.0mg/cm2，充放电电压范围为0.01-3.0v vs或者其充放电电流密度为0.1-4a/g。

16、一种锂/钠离子电池复合负极的制备方法，将所述含moo2、femoo4和mxenes的复合材料的自支撑膜预氧化，热处理，得到锂/钠离子电池复合负极。

17、进一步地，在所述锂/钠离子电池复合负极的制备方法中，预氧化在空气氛围下进行，预氧化温度为280℃，预氧化时间为4h，升温速度为10℃/min。

18、进一步地，在所述锂/钠离子电池复合负极的制备方法中，热处理的温度为550-750℃，热处理时间为4.0h。

19、本发明采用热转化的方法将含fe、mo的盐及mxenes转化为多个金属氧化物或盐与mxenes的复合材料；该工艺过程简单，且所得复合材料中不同金属化合物之间的作用力较强，形貌和元素分布均匀。在电化学储能过程中，该复合材料可以更好地发挥多个过渡金属元素的赝电容特性和金属元素之间的协同电化学作用，作为锂/钠离子电池负极时，赝电容特性将更为显著。

20、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

21、(1)本发明的制备工艺简单，无需苛刻反应条件，制备时间短，含moo2、femoo4和mxenes的复合材料的均匀度高。

22、(2)本发明所制备的含moo2、femoo4和mxenes的复合材料的自支撑膜电极作为锂/钠离子电池负极时具有更好的赝电容特性、倍率和充放电循环稳定性。

技术特征：

1.一种自支撑膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述自支撑膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，三氯化铁溶液的制备方法为：将5.4g三氯化铁完全溶解于20g水中，得到三氯化铁溶液；

3.根据权利要求1所述自支撑膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热处理的温度为350-550℃，热处理时间为5.0h。

4.根据权利要求1所述自支撑膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，含moo2、femoo4和mxenes的复合材料与聚丙烯腈的质量比为1∶1；二甲基甲酰胺与聚丙烯腈的质量体积比是17ml∶1g。

5.根据权利要求1所述自支撑膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，静电纺丝时：电压为28kv，推进速度为18μl/min，温度为30℃。

6.一种自支撑膜，其特征在于，根据权利要求1-5任一项所述制备方法制备得到。

7.权利要求6所述自支撑膜在制备锂/钠离子电池复合负极中的应用。

8.一种锂/钠离子电池复合负极的制备方法，其特征在于，将权利要求6所述含moo2、femoo4和mxenes的复合材料的自支撑膜预氧化，热处理，得到锂/钠离子电池复合负极。

9.根据权利要求8所述锂/钠离子电池复合负极的制备方法，其特征在于，预氧化在空气氛围下进行，预氧化温度为280℃，预氧化时间为4h，升温速度为10℃/min。

10.根据权利要求8所述锂/钠离子电池复合负极的制备方法，其特征在于，热处理的温度为550-750℃，热处理时间为4.0h。

技术总结
本发明公开了一种自支撑膜的制备方法及其在制备锂/钠离子电池复合负极中的应用，属于电池负极材料技术领域，将三氯化铁溶液、钼酸铵溶液和Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;MXenes分散液混合后得到含钼、铁和MXenes的复合材料，将该复合材料在N<subgt;2</subgt;氛围下的管式炉内，经280‑480℃热处理可得到含MoO<subgt;2</subgt;、FeMoO<subgt;4</subgt;和MXenes的复合材料，该复合材料作为锂/钠离子电池的负极材料具有高容量、良好的倍率性能和循环稳定性。

技术研发人员：晁会霞,颜曦明,张子琳,罗祥生
受保护的技术使用者：北部湾大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13