[发明专利]一种二维锂离子电池添加剂VC2纳米片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维锂离子电池添加剂VC₂纳米片及其制备方法，具体涉及一种二维锂离子电池添加剂VC₂纳米片及其利用化学刻蚀的制备方法。

背景技术

锂离子动力电池在全球电动汽车产业发展中占有绝对优势，而在锂离子电池的研究中，材料导电性差一直是制约其发展的瓶颈问题，因此，提高材料导电性是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素，其研究一直是该领域的热点。近年来，二维纳米材料以其独特的物理化学性能，如：柔性、比表面积大，活性位点多，带电粒子传输性能好等，而被广大研究者所关注，几种典型的二维纳米材料如：石墨烯、MoS₂、WS₂等材料均在储能领域表现出了极大的应用前景。

二维VC₂材料由于具有独特的二维层状结构（可以提供锂离子快速传输通道），优异的电子导电率，潜在的高容量，在储能领域（锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器等）中已凸显出巨大的应用前景。VC₂结构上相对于石墨和类石墨无机材料（BN、MoS₂等层内具有强共价键，层间具有较弱的范德华力）不仅具有强的共价键，还具有强的金属键和离子键，因此，不能简单的使用机械剥离的方法来制取VC₂单层材料。VC₂纳米材料的特殊结构，决定了材料具有许多独特的性能，应用于锂离子电极材料时，储锂机理、电化学过程动力学等与其他材料不同。然而，目前尚未有任何关于VC₂纳米材料应用于锂离子电池的报道。

在制备上，CN103641119A公开了一种类石墨烯材料的制备方法，是将Ti₃AlC₂ 在HF 酸中进行化学刻蚀，使Al 被选择性刻蚀掉，得到所述类石墨烯材料，其制备过程中需要采用两次超声处理，一次是在HF酸化学刻蚀的过程中，还有一次是在后续分离过程中，才得到单层二维Ti₃C₂纳米片，制备过程繁复，而且所制备的Ti₃C₂纳米片并未实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种步骤简单，应用于锂离子电池时能够大大提高材料的导电性，并有效改进材料电化学性能的二维锂离子电池添加剂VC₂纳米片及其简单的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种二维锂离子电池添加剂VC₂纳米片，按照以下方法制成：

（1）将二维VAlC₂基体材料置于浓度为0.008～0.5mol/L的HF溶液中浸泡4～60h，得含有多层二维VC₂的混合溶液；

（2）将步骤（1）中所得含有多层二维VC₂的混合溶液置于超高速离心机中以10000～80000 转/分钟的转速进行离心处理10～80h，得含有单层二维VC₂纳米片的前驱体；

（3）将步骤（2）所得含有单层二维VC₂纳米片的前驱体进行洗涤，得单层二维VC₂纳米片；

（4）将步骤（3）所得单层二维VC₂纳米片在60～100℃下，干燥4～15h，得二维锂离子电池添加剂VC₂纳米片。

进一步，步骤（1）中，所述HF溶液的浓度为0.01～0.2mol/L（优选0.05～0.15mol/L）。将二维VAlC₂基体材料置于HF溶液中浸泡的目的是进行化学刻蚀，去除金属Al层，以获得含有多层二维VC₂的框架材料，若HF溶液的浓度和浸泡时间不在所述范围内，金属Al层的刻蚀效果均不佳。二维VAlC₂基体材料浸泡时对HF溶液的用量没有要求。

进一步，步骤（1）中，所述浸泡的时间为5～20h。

进一步，步骤（2）中，所述离心机的转速为20000～60000转/分钟。对含有多层二维VC₂的混合溶液进行超高速离心处理的目是对多层二维VC₂进行机械剥离，以得到单层二维VC₂纳米片的前驱体。

进一步，步骤（2）中，所述离心的时间为20～60h。