[发明专利]一种基于Ti2

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种基于Ti₂CT_x迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法。以熔盐作为反应介质，在较低温度下合成出小晶粒尺寸的Ti₂AlC粉体；采用盐酸、氟化锂作为刻蚀液刻蚀该粉体，制备纳米/亚微米Ti₂CT_x迈科烯。将其与导电剂、粘结剂与分散剂均匀混合成浆料后，刮涂于集流体并进行真空干燥，制备出锂离子电池负极。电化学性能测试结果表明，该电极材料具有良好的倍率性能与循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种基于Ti₂CT_x迈科烯(MXene)的高倍率锂离子电池负极材料制备方法。

背景技术

目前，生活生产中最常用的电化学储能器件主要可以分为两大类，一类为锂离子电池，另一类为超级电容器。前者一般通过锂离子向电极材料晶格内部嵌入/脱出实现电能与化学能的相互转化，优点是容量较高，缺点是倍率性能一般较差。后者则一般通过静电吸附(双电层电容器)或表面的氧化还原反应(赝电容)储存能量，优点是倍率性能好，但是容量普遍偏低。近年来，一类新型的电化学储能材料被开发出来，其特点为材料一般为原子级厚度的二维薄片组成，片层内一般含有可变价的金属元素，片层之间的距离较大，方便离子在层间扩散，这类材料兼具较高的容量与良好的倍率性能，被称为插层赝电容^[1]。二维材料迈科烯(MXene)，作为MAX相陶瓷的衍生物，就是一类重要插层赝电容材料。MAX相陶瓷是一类三元层状碳氮化合物的统称，其化学通式可以表达为M_n+1AX_n(n＝1、2、3)，其中M指早期过渡族金属元素，A主要指第三、四主族元素，X指碳和/或氮元素^[2]。目前已制备出来的MAX相已经超过七十种^[3]，Ti₂AlC就是其中典型的一员^[4]。由于MX之间结合力较强，MA之间结合力较弱，MAX相在含氟的酸性溶液会被选择性刻蚀掉结合力较弱的A原子层得到MX片层，同时表面形成-O、-F、-OH等官能团，以T_x表示。作为插层赝电容材料，迈科烯适用于无机、有机多种体系^[5]。无机电解液体系中，迈科烯在酸性电解液表现出了超高的比电容，其体积比电容超过了目前商业化产品中体积比容量最高的氧化钌^[6]。有机电解液中，迈科烯在锂离子电池中同样表现出较好的性能^[7]，但是其倍率性能仍有提升的空间^[8]。另一方面，MAX相合成温度一般高达1500℃左右，高的合成温度增加了MAX相的制备难度，进而影响了迈科烯的研究与产业化进程。

参考文献：

[1]Wang Y,Song Y,Xia Y.Electrochemical capacitors:mechanism,materials,systems,characterization and applications[J].Chemical SocietyReviews,2016,45(21):5925-5950.

[2]Barsoum M W.The MN+1AXN phases:A new class of solids:Thermodynamically stable nanolaminates[J].Progress in solid state chemistry,2000,28(1-4):201-281.

[3]Barsoum M W.MAX phases:properties of machinable ternary carbidesand nitrides[M].John WileySons,2013.