[发明专利]一种双炭及双MXene极离子高性能电池

说明书

本发明属于电池技术领域，公开了一种双碳及双MXene极离子高性能电池，采用碳纳米管、石墨烯在内的碳纳米材,MXene和发泡炭、介孔碳、碳纤维、导电碳毡为两极并作为集流体；选择银、铜、铝、铬、钛、钡、镍、钼、钴、铂、锌、铁离子/氧化粉类与酸或碱或盐类离子液体及天然无机液体混合为电解液。本发明充电时间短；由于碳类产品的表面大的特点，在10分钟可以完成充电；本发明达到7千次充放电循环；本发明可使电池比能量达到92Wh/kg库伦效率能达到95％；本发明放电电压在1.5‑2V区间，平均放电电压为1.7V。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种双炭及双MXene极离子高性能电池。

背景技术

由于目前世界上各种交通工具，通信，办公，计算机，手机以及居家等电子产品中无不使用电池，特别是二次充电式电池。

而在安全使用情况下，人们在追求：一是绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。

在选择材料方面，有银，锌，发泡铜，发泡铝与上述碳纤维等；碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，其外层轨道的四个电子具有多种不同的杂化方式，如sp杂化、sp2杂化、sp3杂化等，这使得碳原子之间以及碳原子与其他原子之间可以形成多种多样的化学键，进而构成种类繁多的碳单质及化合物。可以说碳材料几乎包括了世界上所有物质所具有的性质，如：最硬-最软；绝缘体-半导体-导体；绝热-导热；全吸光-全透光等。碳材料的用途十分广泛，与人类的生活息息相关，如煤炭、焦炭、炭黑、活性炭、石墨、天然金刚石和人造金刚石薄膜等都与人类的生活有着密切的联系。

由碳材料的耐腐蚀以及导电性好与强度大等优点外，纤维(包括碳纳米管和石墨烯)表面积大重量轻的优势，并且这类材料由于其制成工艺，选材等不同，包括制成泡沫炭与介孔碳材料。在电极二极的选择可以利用其体积/表面积本身不同所吸/附离子多少的差异不同在不同的电解质中所产生电位差。决定电池的两个电极均采用炭结构材料。

近年来，除了传统的碳材料，研究者也在不断的发展新型的碳材料，纳米碳材料由于具有特殊的物理化学性能，引起了科学界广泛的兴趣。上世纪八十年代以来，包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等在内的炭纳米材料相继被发现，这些新型的纳米碳材料由于具有很多优异的性能因而成为研究者关注的焦点。

MXene是材料科学中的一类二维(英语：Two-dimensional materials)无机化合物。这些材料由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成。它最初于2011年报道，由于MXene材料表面有羟基或末端氧，它们有着过渡金属碳化物的金属导电性。

结构

通过HF蚀刻制备的合成的MXene具有类似手风琴形态，它们是多层MXene(ML-MXene)，或少于5层时称作薄层MXene(FL-MXene)。由于MXene的表面可以接上官能团，M_n+1X_nT_x(其中T为官能团，O、F、OH)可以按照通常的方式命名。

制备

可以通过侵蚀MAX相来制备MXene，刻蚀液中通常含有氟离子，如氢氟酸(HF)、氟化氢铵(NH₄HF₂)或盐酸(HCl)与氟化锂(LiF)的混合物。例如，在HF水溶液中于室温腐蚀Ti₃AlC₂，可以选择性地清除A原子(Al)，而碳化物层的表面产生了末端O、OH和(或)F原子。