[发明专利]一种电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种电池负极材料及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将MXene、镍盐、弱碱和水混合后，进行水热反应，得到氢氧化镍和MXene的复合材料；将所述氢氧化镍和MXene的复合材料与脒基硫脲混合后，进行热处理，得到所述电池负极材料。本发明所述的制备方法工艺简单，操作安全，成本低。同时根据实施例的记载，利用本发明所述的制备方法制备得到的电池负极材料具有较高的首次放电比容量以及较好的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源消耗和环境污染是当今社会人类面临的两大问题，在过去的十年中，中国一次性能源消耗的总量一直处于增长趋势，同时这些能源的消耗带来了一系列环境污染和生态问题。因此，发展可持续、清洁的新型能源，如太阳能、风能、潮汐能等非常重要。尽管可再生能源在过去10年取得了令人印象深刻的增长和发展。但这些性能源分布不均匀、转化效率低、直接供应不稳定，收到时间和空间的限制，难以大规模推广和使用。因此，迫切需要新的绿色高效、大规模的能源转化和储存器件。目前，锂离子电池是最常用的储能器件，然而锂在地壳中的含量较少并且价格昂贵。而钠的含量丰富、价格低廉，并且钠离子电池的储能机制与锂离子电池相似，因此钠离子电池成为最有前景的储能器件。然而由于钠离子的半径大于锂离子的半径，因此钠离子很难在材料中脱嵌，像石墨这类商用的锂离子电池负极材料在钠离子电池中的性能很差，因此转化储能机制的负极材料是钠离子电池负极材料中最有应用潜力的负极材料。

过渡金属硫化物就是一类基于转化反应机制的钠离子电池负极材料，具有较高的理论比容量、特殊的电子结构、价格低廉等优势。此外，由于M-S键比M-O和M-N的键弱(其中M为过渡金属)，因此，过渡金属硫化物更容易与钠离子发生转化反应。在众多过渡族金属硫化物中，镍硫化物由于其原料丰富、价格低廉、环境友好等特性更引人注目。而Ni₃S₂因其具有较低的低温电阻率成为理想的钠离子电池负极材料。此外，Ni₃S₂具有较高的储钠理论比容量，约为446mAh/g。然而，由于Ni₃S₂的导电性很差，在反应过程中会发生较大的体积膨胀，导致容量衰减很快。

MXene是一种新型二维材料，可通过在含HF的水溶液中选择性蚀刻MAX中的A层原子得到。蚀刻后每个晶格的Ti有两个裸露配位，而反应体系在HF水溶液中进行，因此去除的A原子将被F、OH和O取代，它们吸附在MXene表面形成表面官能团。这些表面官能团使得MXene具有表面亲水性和丰富的化学特性。除此之外，MXene还具有较好的导电性、机械稳定性和柔韧性等优势，并且其独特的二维结构缩短了电子和离子的输运路径，降低了扩散能垒。然而由于MXene极易发生氧化和自堆叠，使得导电性变差，并且由于表面官能团的存在使得其实际容量很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池负极材料及其制备方法和应用，利用本发明所述的制备方法制备得到的电池负极材料同时具有较高的比容量和循环稳定性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将MXene、镍盐、弱碱和水混合后，进行水热反应，得到氢氧化镍和MXene的复合材料；

将所述氢氧化镍和MXene的复合材料与脒基硫脲混合后，进行热处理，得到所述电池负极材料。

优选的，所述镍盐为NiSO₄·6H₂O、NiCl₂·6H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O中的一种或几种；

所述弱碱为尿素和/或六亚甲基四胺。