一种MXene@海藻酸盐负极材料、制备方法与锂离子电池与流程

本发明属于负极材料制造，涉及一种mxene@海藻酸盐负极材料、制备方法与锂离子电池。

背景技术：

1、mxene是一种新型的锂电池负极材料，具有独特的结构和电子性能，同时具有高比表面积、高电导率的特点，已在电催化、光催化、电池以及吸波等领域展现出巨大的潜力，作为研究较多的储能材料在能源存储领域已经具有一定程度的开发和应用。目前mxene的通用制备方法，主要为：离子插层法、超声剥离法、化学或物理气相沉积法以及液相法合成。

2、现有技术中提供了一种用于高性能钾离子电池的mos2/ti3c2mxene复合材料的制备方法，包括步骤：将多层et-ti3c2mxene纳米片分散于插层剂溶液中，室温下进行反应，经离心、洗涤、干燥，得到in-ti3c2mxene纳米片；在超声和搅拌条件下，将钼前驱体和硫前驱体的混合溶液加入in-ti3c2mxene纳米片分散液中，将所得混合液进行高温反应；反应完成后，经离心、洗涤、干燥，即得。

3、另一种现有技术中提供了一种三元材料负载少层/棒状mxene复合材料的制备方法，包括以下步骤：取预设质量的多层二维mxene粉末加入到插层剂中，通过磁力搅拌均匀，完全反应后，进行离心处理，取下层沉淀；将下层沉淀加入到三颈烧瓶中，倒入去离子水，在气体氛围下通过超声处理预设时间后，进行离心处理，取上层液，冷冻干燥后得到少层/棒状mxene；将少层/棒状mxene与三元材料混合制成电极浆料，涂覆在铝箔上进行真空干燥，形成三元材料负载少层/棒状mxene复合材料。

4、采用化学液相法刻蚀max材料，得到的剥离后的mxene多为堆叠的多片层结构，之后常见的步骤是利用二甲亚砜作为插层剂对mxene进一步超声剥离成少层或者单层的片状结构，然而单一插层剂的插层能力有限，导致此种剥离方法的产率不高且得到的单片层结构易再次堆叠，稳定性差，降低了电解质离子在mxene层间的嵌入脱出速率，致使材料的比电容不高。

5、因此，如何提升mxene材料的比容量和稳定性是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种mxene@海藻酸盐负极材料、制备方法与锂离子电池，通过原位插层将海藻酸盐负载在mxene层间或表面，海藻酸盐与mxene中的ti离子交联形成凝胶并利用自身含氧官能团与mxene中的-f和-oh官能团形成氢键相连接，可以作为负极浆料的粘结剂，提高负极浆料的粘结性，从而提高了电池的稳定性，减少了掉粉现象的发生；同时，海藻酸盐作为插层剂，有效的提高了材料的比表面积和空间结构，提高了材料的可逆比容量。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种纳米层状的mxene@海藻酸盐负极材料，所述mxene@海藻酸盐负极材料中包括mxene和负载在mxene层间或表面的海藻酸盐。

4、mxene的结构类似于石墨烯的层状结构，大量的薄片堆叠在一起，呈现类手风琴的层状形貌。

5、本发明中通过原位插层将海藻酸盐负载在mxene层间或表面，海藻酸盐与mxene中的ti离子交联形成凝胶并利用自身含氧官能团与mxene中的-f和-oh官能团形成氢键相连接，可以作为负极浆料的粘结剂，提高负极浆料的粘结性，从而提高了电池的稳定性，减少了掉粉现象的发生；同时，海藻酸盐作为插层剂，有效的提高了材料的比表面积和空间结构，提高了材料的可逆比容量。

6、优选地，所述mxene的质量为mxene@海藻酸盐负极材料质量的80～96％，其中所述质量分数可以是80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％或96％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

7、优选地，所述海藻酸盐的质量为mxene@海藻酸盐负极材料质量的4～20％，其中所述质量分数可以是4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％或20％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

8、优选地，所述mxene@海藻酸盐负极材料中，mxene的层间距为0.7～1.0nm，其中所述层间距可以是0.7nm、0.8nm、0.9nm或1.0nm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

9、本发明中采用海藻酸盐作为插层剂，相对于现有技术，扩大了mxene的层间距，提高了材料的可逆容量。

10、优选地，所述mxene包括ti2ctx、ti3c2tx或ti4c3tx中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括ti2ctx和ti3c2tx的组合，ti3c2tx和ti4c3tx的组合，ti2ctx和ti4c3tx的组合，其中tx表示官能团-oh、-f或＝o。

11、优选地，所述海藻酸盐包括海藻酸钠。

12、第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述mxene@海藻酸盐负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

13、(1)使用酸液刻蚀max，得到分散液；

14、(2)混合海藻酸盐和所得分散液，得到凝胶；

15、(3)将所得凝胶进行洗涤和冷冻干燥，得到所述mxene@海藻酸盐负极材料。

16、本发明提供的制备过程中先将max进行刻蚀再采用海藻酸盐和mxene进行插层过程，优化了制备工序。

17、优选地，步骤(1)所述酸液包括氢氟酸溶液。

18、优选地，所述max和氢氟酸的质量比为1:(8～12)，例如可以是1:8、1:9、1:10、1:11或1:12，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

19、优选地，步骤(1)所述酸液的质量分数为30～50％，例如可以是30％、35％、40％、45％或50％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

20、优选地，步骤(1)所述刻蚀的时间为1～3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

21、优选地，步骤(2)所述海藻酸盐和max的质量比为1:(4～20)，例如可以是1:4、1:8、1:10、1:15或1:20，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

22、优选地，步骤(2)所述混合还包括搅拌。

23、优选地，所述搅拌的时间为20～25h，例如可以是20h、21h、22h、23h、24h或25h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

24、优选地，步骤(3)所述洗涤的洗液为去离子水。

25、优选地，步骤(3)所述洗涤至ph为中性。

26、优选地，步骤(3)所述冷冻干燥的温度为-40～-10℃，其中所述温度可以是-40℃、-35℃、-30℃、-25℃、-20℃、-15℃或-10℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

27、作为本发明的第二方面所述制备方法的一种优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

28、(1)使用质量分数为30～50％的氢氟酸溶液刻蚀max，所述max和氢氟酸的质量比为1:(8～12)，搅拌1～3h后得到分散液；

29、(2)混合搅拌海藻酸盐和所得分散液20～25h，所述海藻酸盐和max的质量比为1:(4～20)，得到凝胶；

30、(3)将所得凝胶进行去离子水洗涤至ph为中性，再冷冻干燥，得到所述mxene@海藻酸盐负极材料。

31、第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述；锂离子电池中含有如第一方面所述的mxene@海藻酸盐负极材料。

32、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

33、本发明中采用海藻酸盐与mxene复合，通过简单的混合插层将海藻酸盐负载在mxene层间或表面，海藻酸盐作为插层剂，有效的提高了材料的比表面积和空间结构，提高了材料的可逆比容量。