[发明专利]一种Mxene包覆多孔硅的复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种Mxene包覆多孔硅的复合电极材料及其制备方法，所述方法具体包括如下步骤：(1)将硅合金粉与MAX相材料混合均匀后，在惰性气体氛围中煅烧，冷却后得表面有MAX相包覆层的硅合金粉末。(2)将步骤(1)得到的硅合金的粉末加入到氢氟酸中，在0‑90℃反应0.5‑48小时，待反应无气泡生成，过滤，将固体洗涤，真空干燥，即可得到Mxene包覆的纳米多孔硅基复合物。本发明采用Mxene包覆层，克服了Si导电性差的问题，使本发明制备的多孔硅导电性，循环稳定性更好，有效提升了电池的安全性。本发明制备工艺简单、成本低，极大地提高了生产效率高，能更好地满足工业化生产的需要，实现大规模生产，极具应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种Mxene包覆多孔硅的复合电极材料及其制备方法。

背景技术

锂电池由于其高的比能量、自放电小、绿色环保、循环寿命长等优点，已经作为电动汽车和电池产品最有前景的电源体系。目前锂电池常用的负极主要是石墨类材料，其理论容量只有372mAh/g，这严重限制了锂电池的性能的整体提高，所以开发新型的比能量高的负极材料尤为重要。

金属硅和锂可以形成硅锂合金(Li_4.4Si)，其理论比容量达到了4212mAh/g，并且硅的储量丰富，来源广泛，是一种理想的锂电池负极材料。但是硅作为负极材料也有一些缺点：(1)价格昂贵，制备困难。通常纳米的硅通常是由高能球磨法或CVD法制得的，所用设备昂贵，产率低，成本高。(2)金属硅在储锂过程中体积膨胀，从而造成极片粉化脱落，导致电池性能衰减。(3)硅是一种半导体材料，导电性能较差，限制了其倍率性能。

解决上述问题最常用的方法是将硅多孔化，形成多孔硅；但是，由于单一的多孔硅的导电性差，因此需要将多孔硅与一些碳材料或导电聚合物进行复合，从而在增加其导电性。例如，专利CN 106058167A公开了一种多孔硅基合金复合材料，采用碳包覆层和/或聚合物包覆层包覆多孔硅，这种方法既能解决硅存在的问题，又能提高多孔硅的导电性，成本低，具有良好电化学性能，能够有效的提高电池的能量密度。

专利CN106058167A公开了一种多孔硅基合金复合材料，包括多孔硅基合金及包覆在多孔硅基合金表面的包覆层，所述包覆层包括碳包覆层和/或聚合物包覆层，所述多孔硅基合金中硅的质量百分含量为50-95％，所述碳包覆层的质量占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-10％，所述聚合物包覆层为导电聚合物包覆层、交联聚合物包覆层或特定官能团聚合物包覆层，其中导电聚合物包覆层占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-50％，交联聚合物包覆层占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-10％，特定官能团聚合物包覆层占多孔硅基合金复合材料总质量的0.5-50％。

但是上述专利文献中公开的制备多孔硅的方法存在的问题是：表明的包覆层的导电性有限，对硅的性能提升有限。因此开发一种高导电性的包覆材料尤为重要。

综上所述，现有技术中制备多孔硅的方法还存在诸多问题，因此，亟需一种能够克服上述问题的多孔硅制备方法。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种纳米多孔硅基复合物电极材料及其制备方法，与现有技术相比，本发明采用MAX相先包覆，再制备多孔硅的方法，很好地克服了多孔硅存在的问题，Mxene是一种过渡族金属碳化物或氮化物，是一种新型的二维材料，具有高的导电性。使本发明制备的多孔硅导电性，循环稳定性更好，有效提升了电池的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Mxene包覆多孔硅的复合电极材料的制备方法，包括：

将硅合金粉与MAX相材料混合均匀，煅烧、冷却，得表面包覆有MAX包覆层的硅合金粉末；

将上述表面包覆有MAX包覆层的硅合金粉末进行酸蚀、过滤、洗涤、干燥，即得Mxene包覆的纳米多孔硅基复合物。