[发明专利]大间距MXene/红磷负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了大间距MXene/红磷负极材料及其制备方法和应用，所述方法包括：(1)将大间距MXene与红磷混合，以便得到混合物；(2)将所述混合物真空封装在密闭容器中，在600‑800摄氏度下煅烧，以便得到大间距MXene/红磷负极材料。该方法将大间距MXene与红磷通过高温的方式复合，制备出的复合材料有利于锂离子电池的高容量和循环性能，同时保证了其性能的稳定性。该复合材料兼具大间距MXene和红磷的优点，其中，大间距MXene具有高电子传导率、较大的比表面积、较好的机械性能以及独特的层状结构等优点；红磷不但具有极高的理论容量(2595mAh/g)，而且价格低廉、环境友好。

技术领域

本发明属锂离子电池技术领域，具体涉及一种大间距MXene/红磷负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为高能量密度的储能设备被广泛的应用于手机、笔记本电脑等便携式电子产品中。而时下引人注目的电动汽车更是以锂离子电池作为主要动力来源。这对锂离子电池的性能提出了更为苛刻的要求：更高的能量密度，更久的使用寿命，更宽的工作温度窗口。而现今商业化的锂离子电池负极材料是石墨，因其较低的理论容量(约370mAh/g)很难满足这些要求。因此世界各国相应领域的科研工作者都在寻找下一代锂离子电池负极材料。

MXene作为一种新型的二维层状结构材料而备受关注，MXene具有高电子传导率、较大的比表面积、较好的机械性能以及独特的层状结构，已广泛应用于储能、催化、吸附等领域。

近来，红磷作为新型锂离子电池负极材料，受到了广泛的关注。它不但具有极高的理论容量(2595mAh/g)，远远高于传统石墨(理论容量约370mAh/g)类电极材料，而且价格低廉、环境友好。但是，红磷本身的低电子电导和充放电过程中的巨大体积变化，会导致电极性能的恶化，在电化学反应过程中，其本身较差的导电性和结构稳定性以及充放电过程中体积膨胀大和易粉化，进一步导致较差的电化学性能，严重制约了其商业应用。

因此，寻找一种既能够改善电极材料导电性，抑制RP的体积效应，又具有良好电化学反应活性的RP载体材料具有重要意义。此外，相对于其它简单的复合，将大间距的新型MXene与红磷通过高温的方式复合，制备出的复合材料有利于锂离子电池的高容量和循环性能，保证了性能的稳定性。Ti3C2 MXene是一种新型二维层状过渡金属碳化物，具有良好的导电性、表面可修饰、层间距可调控、低的离子扩散阻力。因此Ti3C2 MXene是理想的RP载体材料，可用于改善RP的导电性和结构稳定性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种大间距MXene/红磷负极材料及其制备方法和应用，将大间距MXene与红磷通过高温的方式复合，将红磷与大间距MXene表面的羟基(-OH)结合，形成-OH-P键，即大间距MXene表面负载上了红磷键，极大地提高了复合材料的储锂量，制备出的复合材料有利于锂离子电池的高容量和循环性能，同时保证了其性能的稳定性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备大间距MXene/红磷负极材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将大间距MXene与红磷混合，以便得到混合物；

(2)将所述混合物真空封装在密闭容器中，在600-800摄氏度下煅烧，以便得到大间距MXene/红磷负极材料。