[发明专利]一种KOH插层MXene/CNFs复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种KOH插层MXene/CNFs复合电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：将MAX相Ti₃AlC₂刻蚀；刻蚀后浸泡在KOH溶液中，插层制备得到KOH‑Ti₃C₂粉末，然后煅烧得到KOH‑Ti₃C₂‑400粉末；同时通过静电纺丝方法使得碳纳米纤维包覆Ti₃C₂可以有效抑制二维手风琴结构Ti₃C₂的团聚及堆积，从而可以提高复合材料活性物质的利用率，进而应用于锂离子电容器时使其循环性能及倍率性能得到提升，本发明制备的复合碳纳米纤维直径为500nm左右，且将KOH‑Ti₃C₂‑400的质量比例控制在7wt％‑16wt％，在此比例内可以充分发挥二者协同效应，显著提高复合电极材料的循环和倍率性能。

技术领域

本发明专利属于电池材料技术领域，具体涉及一种KOH插层MXene/CNFs复合电极材料的制备方法。

背景技术

在诸多电化学储能技术中，锂离子电容器作为一种新型电化学电容器，内部结构、材料和电化学机理综合了能量型储能技术典型代表锂离子电池和功率型储能技术典型代表双电层电容器，继承了双电层电容器高功率密度、长寿命高安全和宽温度范围的特点，并兼具锂离子电池较高能量密度的特点，成本介于锂离子电池和双电层电容器之间，具有巨大的市场应用价值和竞争优势，有望在新能源汽车、太阳能、风能等领域得到广泛的应用。

但随着电动汽车等领域的发展人们对锂离子电容器的要求越来越高，目前商业化锂离子电容器所采用的碳负极已经难以满足要求，尽管人们在碳基电极的制备上付出了巨大的努力，但仍有许多工作要做。在大多数情况下，碳材料的微观结构是无序和随机的，其表面性质没有得到很好的控制。此外，在与电解液接触的过程中，它们的一些孔不能完全被利用，限制了碳基电极的电化学性能。因此开发出新的比容量高、倍率性能循环性能优异的负极材料对锂离子电容器性能的提升有重要意义。

而二维材料MXene具有较高的比容量，是一种理想的负极材料，但其二维片层结构较易团聚制约了它的实际应用，因而需要进行改性处理。碳纳米纤维作为一种新型一维纳米材料，具有高电导率，高机械强度和柔韧性，良好的结构适应性，因此可用于静电纺丝碳纳米纤维/MXene复合负极材料，改善其循环性能、倍率性能以及提高功率密度。

专利号202010909185.3公开了一种用于高性能钾离子电池的MoS₂/Ti₃C₂MXene复合材料的制备方法，然而在制备MXene用的是HF进行刻蚀，HF毒性大且制备的MXene片层厚、层间距较小；MoS₂的制备选用的前驱体都是有毒的，且通过水热法制备的MoS₂在较低的温度下多为无定型状态并且团聚严重，要通过高温退火来提高结晶度。

专利号202010542564.3公开一种MOF/MXene/CF复合纳米片及其合成方法，MXene在室温下进行干燥过夜容易被氧化，该专利所提到的合成方法较为复杂。

因此现有技术，有待进一步研究。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种KOH插层MXene/CNFs复合电极材料及其制备方法，该制备方法可以有效抑制二维手风琴结构Ti₃C₂的团聚及堆积，从而可以提高复合材料活性物质的利用率，进而应用于锂离子电容器时使其循环性能及倍率性能得到提升。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种KOH插层MXene/CNFs复合电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：