[发明专利]一种MXene/磷酸镍电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，提供了一种MXene/磷酸镍电极材料及其制备方法和应用，本发明提供的MXene/磷酸镍电极材料包括MXene片层和磷酸镍球，所述磷酸镍球锚定于MXene纳米片层表面和插层于MXene纳米片层之间。本发明提供的MXene/磷酸镍电极材料磷酸镍锚定于MXene纳米片层表面，降低了复合材料间的界面转移电阻，提高复合材料的导电性；磷酸镍的插层生长在MXene片层之间拓宽了MXene片层的层间距并成为其层间支柱，在促进离子迁移的同时增强了材料的结构稳定性，展现出大比电容、高稳定性以及高导电性的优异电化学表现。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种MXene/磷酸镍电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

便携式电子设备的需求与新能源发电的时空分布不均匀性对储能设备的发展与革新提出了巨大挑战。在众多能源存储器件中，超级电容器凭借其安全稳定，快速充电以及宽阔的功率密度区间有望应对上述挑战，成为下一代的主流储能设备。但是超级电容器相对较差的稳定性和能量密度是制约其实际生产应用的关键因素。

过渡金属磷酸盐具有较高的理论比电容、丰富的储量、环境与生物友好的特点，并且由于其结构中坚固的P-O键的存在极大的增强了其结构稳定性，被认为是理想的超级电容器电极材料。其中，磷酸镍由于其优异的电化学表现受到了研究者的青睐。然而磷酸镍虽然展现出几倍于其他过渡金属磷酸盐的优异比电容，但其稳定性以及自身的导电性仍有待提高。

目前解决该问题的方法常见以下几种，其一：采用其他金属元素对其进行掺杂，通过调节金属元素比例，发挥不同过渡金属盐之间的协同作用，从而获得以磷酸镍为主要组分的高稳定的过渡金属磷酸盐。比如现有技术(L.Tao,J.Li,Q.Zhou,H.Zhu,G.Hu,J.Huang,J.Alloys Compd.2018,767,789.)中公开了通过采用金属钴元素对磷酸镍进行掺杂，得到的电极材料在1A g^-1的电流密度下拥有630.4C g^-1的比容量，以及循环1000圈后相较于纯磷酸镍稳定性提了升38％。但此方案存在难以调控，容易导致材料间的明显分相并且材料导电性差的问题。其二：选取MOFs(钴镍金属有机框架物)为前驱体，通过水热反应，进行配体离子与磷酸根的交换，该法制备的磷酸钴镍在1A g^-1的电流密度下808C g^-1的比容量以及循环2000次保持最初容量72.46％的稳定性。但这种方法，难以实现MOFs配体离子的完全交换，因此无论是稳定性还是比电容都差强人意(Z.Xiao,Y.Bao,Z.Li,X.Huai,M.Wang,P.Liu,L.Wang,ACSAppl.EnergyMater.2019,2,1086.)。其三：将磷酸镍锚定于石墨烯片层的表面，获得石墨烯与磷酸镍的复合材料，相较于纯磷酸镍，该材料在0.5A g^-1的电流密度展现出48mAh g^-1的比电容以及远优于普通磷酸镍的稳定性，在循环2000圈之后，容量仍能保持初始容量的92％，但由于石墨烯表面有限的官能团，磷酸镍与石墨烯之间难以形成稳定的化学键，导致其比容量较低，电化学表现仍旧不胜人意(A.A.Mirghni,M.J.Madito,K.O.Oyedotun,T.M.Masikhwa,N.M.Ndiaye,S.J.Ray,N.Manyala,RSCAdv.2018,8,11608.)。

可见，虽然已经有多种方案优化磷酸镍电极材料的电化学性能和稳定性，但是上述的几种方法均无法同时实现磷酸镍导电性、比电容与稳定性的提升。因此，亟需一种具有大比电容、优异稳定性以及高导电性的磷酸镍电极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MXene/磷酸镍电极材料及其制备方法和应用，本发明提供的MXene/磷酸镍电极材料具有大比电容、稳定性优异以及高导电性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：