[发明专利]一种MXene/双金属氧化物复合材料及其制备方法和锂离子电池负极材料

说明书

本发明公开了一种MXene/双金属氧化物复合材料及其制备方法和锂离子电池负极材料，属于锂电池电极材料制备技术领域。首先将过渡族金属碳/氮化物薄膜与两种乙酰丙酮金属盐混合均匀，溶解于二卞醚溶剂中获得前驱体溶液；然后通过原位热解法实现乙酰丙酮金属盐的热解，并在过渡族金属碳/氮化物薄膜表面生成双金属氧化物；采用正己烷与乙醇的混合液进行超声离心清洗后获得所述MXene/双金属氧化物复合材料。该复合材料应用于锂离子电池负极材料时，显示较好的结构稳定性及均匀性，经电化学性能测试，该复合电极具有较高的能量密度、循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种MXene/双金属氧化物复合材料及其制备方法和锂离子电池负极材料。

背景技术

锂离子电池被广泛的应用于移动电话、数码相机等移动消费电子产品以及纯电动、插电混合动力汽车的供能部件。目前，商用的锂电池已不能满足消费者对高能量密度与高功率密度储能器件的迫切需求。高性能锂离子电池的开发迫在眉睫。到目前为止，商用的锂电池负极材料为石墨，其理论比容量较低为372mA h g^-1，阻碍了锂电池的进一步发展。因此，寻找新的高性能负极材料对提升锂电池性能至关重要。

双金属过渡族金属氧化物材料(TMOs)，AB₂O₄(A,B＝Zn、Ni、Co、Mn、Fe)，由于其双金属协同效应而具有较高的电化学活性，展现出较高的锂离子存储能力，如：CoFe₂O₄的理论容量为916mAhg^-1，NiCo₂O₄的理论容量1200mAh g^-1。然而，TMOs却因为其较低的电子传导能力，以及其在充放电过程中电极发生巨大的体积形变，导致电极粉化而引起循环性能及倍率充放电性能急剧下降。

二维过渡族金属碳/氮化物(MXenes)作为一类新的二维早期过渡族金属碳/氮化物，由于其具有超高的电子传导能力、亲水的表面、能够容纳多种离子进行插层反应，在电化学储能领域展现出巨大的应用潜力。此外，MXenes具有极好的机械性能，能够承受自身重量的400倍的压力，基于少层MXene制备的MXene纸被广泛的应用的柔性电极的研究。然而，MXene的理论锂离子存储容量只有320mAh。

如何实现电极活性材料的高比容量及高循环性能？提高双金属氧化物导电性，抑制充放电过程中体积形变导致的电极膨胀粉化、提高电极初始比容量和循环稳定性，是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有双金属氧化物电极材料存在的不足之处，本发明提供了一种MXene/双金属氧化物复合材料及其制备方法和锂离子电池负极材料，基于原位热解法，以过渡族金属碳/氮化物(MXene)与双金属氧化物(MTMOs)构筑了MXene/双金属氧化物复合材料，制得的复合材料用于电极材料显示较好的结构稳定性及均匀性，经电化学性能测试，该复合电极具有较高的能量密度、循环稳定性和倍率性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种MXene/双金属氧化物复合材料的制备方法，该方法首先将过渡族金属碳/氮化物薄膜与两种乙酰丙酮金属盐混合均匀，溶解于二卞醚溶剂中获得前驱体溶液；然后通过原位热解法实现乙酰丙酮金属盐的热解，并在过渡族金属碳/氮化物薄膜表面生成双金属氧化物；采用正己烷与乙醇的混合液进行超声离心清洗后获得所述MXene/双金属氧化物复合材料。该方法具体包括如下步骤：

(1)准备过渡族金属碳/氮化物(MXene)薄膜：先准备粉末状多层过渡族金属碳/氮化物，再通过真空抽滤制备少层过渡族金属碳/氮化物薄膜；

(2)前驱体溶液的制备：