[发明专利]一种三维结构MXene/SnO2

说明书

本发明公开了一种三维结构MXene/SnOsubgt;2/subgt;/C负极复合材料及其制备方法，其中的三维结构MXene/SnOsubgt;2/subgt;/C负极复合材料，将MXene与包覆了SnOsubgt;2/subgt;纳米颗粒的金属有机框架均匀混合在一起，其中SnOsubgt;2/subgt;纳米颗粒包覆在金属有机框架表面成核‑壳结构，其中MXene中的过渡金属为Ti、V、Nb中的一种或多种。该方案引入金属有机骨架作为固定过渡金属的前体模板，利用MXene的高电导率及其与过渡金属氧化物复合时可以提升过渡金属氧化物电子导电性的特性，加快了充放电过程中的离子迁移速率；同时采用MOF纳米材料作为MXene片层之间的分隔物防止其发生堆叠，保证了MXene材料表面的活性位点能够实现最高效的利用，起到了较好的协同作用。

技术领域

本发明涉及一种锂电负极复合材料及其制备方法，尤其一种三维结构MXene/SnO₂/C负极复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIB，lithium-ionbattery)因其高能量密度和长寿命而在电化学储能领域受到越来越多的关注，其应用范围十分广泛，包括便携式电子设备、电动汽车和电网规模储能系统等，是一类十分重要的电池。LIB中的锂离子在充放电过程中在正负极间进行移动，产生能量转化，其电极结构中，负极材料的比容量对电池性能有着至关重要的影响。为了进一步改善锂离子电池性能，业内已做出各种努力来开发具有高比容量、长寿命和良好倍率性能的电极材料。

石墨是目前使用最广泛的锂离子电池负极材料，但其本身比容量较低，仅为372mAh·g^-1，石墨电容量不足的问题严重限制了锂离子电池的性能。为了满足日益增长的可再生能源利用需求，人们致力于开发具有高比容量、长循环稳定性、高倍率性能的新型负极材料。锡基负极被认为是一种很有前途的负极材料，纯金属锡即具有993mAh·g^-1的高理论容量(形成Li_4.4Sn)。2011年索尼公司生产了新颖的锂离子电池(Nexelion)，其负极由Sn-Co-C复合材料组成，此后业内对Sn基负极材料展开了大量研究，制备了不同的锡基负极，在这些负极中，由于SnO₂可以通过两步反应存储Li+且理论比电容高，针对氧化锡(SnO2)负极的研究最为广泛。目前SnO₂负极材料存在的一个问题是，Sn作为Li⁺嵌入和脱出的活性中心，其在嵌Li⁺过程中会造成巨大的体积膨胀(300+％)，这种体积膨胀造成活性材料的粉化剥落，最终造成电池比容量的急剧衰减，严重影响电池的总体寿命。

发明内容

为了解决SnO₂负极电池材料在嵌锂和脱锂过程中出现巨大的体积膨胀，最终造成活性材料的粉化剥落、电池比容量的急剧衰减的技术问题，本发明的目的是提供一种三维结构MXene/SnO₂/C负极复合材料，显著提升了其循环寿命和电比容，使得电池的循环性能得到了大幅度提升。

实现本发明目的的技术方案是：一种三维结构MXene/SnO₂/C负极复合材料，包括均匀混合的MXene和金属有机框架；所述金属有机框架外部包覆有SnO₂纳米颗粒，并且SnO₂纳米颗粒包覆在金属有机框架表面成核-壳结构。

进一步地，所述MXene中的过渡金属为Ti、V、Nb中的一种或多种。

进一步地，所述金属有机框架为ZIF-67。

为制备上述三维结构MXene/SnO₂/C负极复合材料，本发明还提供对应的制备方法，具体包括以下步骤：

S1：制备二维材料MXene

将氟化锂、盐酸和MAX相混合进行刻蚀，离心洗涤、超声分散，得到二维材料MXene；

S2：制备金属有机框架