[发明专利]一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法，其中，MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料由MXene纳米点材料和锂离子电池正极材料构成，且MXene纳米点材料包覆在锂离子电池正极材料的表面，MXene纳米点材料的颗粒尺寸为3～20nm，MXene纳米点的包覆量占MXene纳米点与锂离子电池正极材料总质量的0.5％～10％，通过本发明制备的MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料，显著改善了材料的电子导电性，提高材料的容量及倍率性能，同时还能显著改善的电极‑电解界面稳定性，提高材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，特别是涉及一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有循环寿命长、功率密度高、能量密度高、电压平台高等优点，目前已广泛用于移动电话、手提电脑等电子产品领域，但仍难以满足电动汽车、电动工具等产品对倍率性能及循环性能的要求。正极材料是影响电池性能的关键因素。

为提高锂离子电池正极材料(NCA)的循环稳定性，研究者们通常采用表面包覆等手段避免材料的电解液之间的直接接触，包覆层通常为电化学惰性的氧化物、磷酸盐及氟化物，然而以上包覆材料为半导体材料或绝缘体材料，这会增加正极的极化，降低正极材料的容量和倍率性能等电化学指标。为避免正极的极化增大，研究者们采用具有电子导电性质的导电氧化物、导电聚合物和碳材料对锂离子电池正极材料进行表面包覆，有效提高了材料的倍率性能。在以上三类电子导电材料中，碳材料的导电性最佳。然而，碳材料适用于包覆还原性气氛合成的锂离子电池正极材料，诸如LiFePO₄，Li₃V₂(PO₄)₃等，不适于包覆氧化性气氛合成的锂离子电池正极材料，这是因为：若实现包覆材料与正极材料的紧密结合，避免由正极材料脱嵌锂过程的体积膨胀和收缩导致包覆物脱落及循环性能的改善不理想，需在包覆过程的最终阶段将材料在空气或氧气气氛进行高温焙烧，然而碳材料在氧化性气氛下焙烧会被燃烧生成二氧化碳。

MXene材料是一种新兴的二维层状结构材料，其电子导电性类似于金属材料。MXene材料可以承受在空气、氧气和惰性气氛中焙烧。因而，MXene材料用于锂离子电池正极材料的表面包覆更有利于改善材料表面的电子导电性和提升材料的倍率性能，而且对于氧化性气氛和还原性气氛合成的锂离子电池正极材料均适用。然而，传统的MXene材料为具有微米尺寸的二维片层状结构，而锂离子电池正极材料也大多为微米尺寸，因而难以实现将微米尺寸的MXene材料包覆于正极材料的表面。

发明内容

针对以上背景技术中提到的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料，由MXene纳米点材料和锂离子电池正极材料构成，且MXene纳米点材料包覆在锂离子电池正极材料的表面，MXene纳米点的包覆量占MXene纳米点与锂离子电池正极材料总质量的0.5％～10％。

优选的，MXene纳米点材料为金属碳化物或氮化物材料M_n+1X_n，其中M＝Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Hf等，X代表C或N元素，n＝1、2、3；MXene纳米点材料的颗粒尺寸为3～20nm。

优选的，锂离子电池正极材料为具有层状结构、尖晶石结构或橄榄石结构的正极材料。

本发明还公开了一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行，

步骤一、制备MXene纳米点材料：