[发明专利]一种Si基MAX制备MXenes及MXenes/P负极复合材料的方法及应用

说明书

本发明公开了一种Si基MAX制备MXenes及MXenes/P负极复合材料的方法及应用，该方法中MXenes材料的制备是以Si基MAX为原料进行氢氟酸处理，再后续进行大功率细胞粉碎或者超声；将获得的MXenes材料与高容量P负极材料进行复合即可得到MXenes/P负极复合材料，其复合化工艺可以采用球磨法、溶剂热法或化学气相沉积法。本发明通过多种方法制备的MXenes和P负极复合材料，具有工艺过程简单，制备的复合材料具有良好的导电性、循环稳定性、倍率性能，适用于锂离子电池或钠离子电池的大规模开发和应用。

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种Si基MAX制备MXenes及MXenes/P负极复合材料的方法及应用。

背景技术

作为一种新型的二维材料，近年来，对MXenes材料的研究非常多，MXenes材料是指将MAX相陶瓷材料刻蚀掉其中的A原子层而形成的一种二维层状结构的材料，MAX相的成分通式为M_n+1AX_n，其中M为过渡金属元素，A主要为第三或第四主族元素，X为碳或者氮，n可取数值为1，2，3，分别称为211型，3122型，413型，在遵循化学计量比的前提下，M元素可以相互组合。如Ti₂AlC和(V_0.5Cr_0.5)₂AlC为211型，Ti₃AlC₂和Ti₃SiC₂为312型，Ti₄SiC₃和Ti₄AlN₃为413型。当n＝1时，即211型，由一个正八面体(有三个原子厚)组成，当n＝2时，即312型，由两个正八面体组成，当n＝3时，即413型，由三个正八面体组成，现己见报道的MAX已超过70种，通过选择性除去其中的A元素，便可以得到一类新型二维材料MXenes,由于MAX相种类繁多，理论上MXenes种类也很多，其层间距在1nm左右，比较突出的特点是MXenes具有金属般的电导率，导电性能非常好，在能源存储转化、催化、光电器件等领域已经有非常多的文献报道。

目前而言，研究的比较成熟的由MAX制备MXenes的方法是A位为Al原子的Al基MAX制备MXenes，如Ti₃AlC₂仅通过HF酸刻蚀就可以得到层状结构，然而，研究的最成熟最便宜的MAX体系是Si基MAX，如Ti₃SiC₂，相比Al基的MAX来说，由于硅在地壳中的含量为26.2％，是铝含量13％的3倍有余，此外，Si基MAX的制备条件更为随和，如在一定化学计量比的情况下，Ti₃SiC₂需要的烧结温度为1200-1400℃，是一个范围，而烧结Ti₃AlC₂时，温度要求比较苛刻，要控制在1350℃，不能有太大的温度波动，这些特点，使得Si基MAX原料廉价易得，但是，到目前为止，没有简单易行的方法，从Si基MAX原料制备MXenes。

当MXenes单独用作电池负极材料时，面临充放电比容量低的关键问题，因此，有必要开展与高容量负极材料的复合，P作为一种负极材料，由于充放电过程中转移3个电子，比容量高达2596mAh/g,其中P有三种同素异形体，红磷、黑磷、白磷，其中白磷容易自燃并且剧毒，所以可以用作电池负极材料的是红磷和黑磷，在锂离子、钠离子电池负极材料中都有一定的应用潜力，但是磷单独用作电池负极材料时，面临导电性差、体积膨胀严重的问题，有必要与导电性良好的材料进行复合化，通过制备复合材料，提升P负极材料的导电性能，改善体积膨胀的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的之一在于提供一种由Si基MAX相材料制备对应层状结构材料MXenes的方法；目的之二在于提供一种MXenes/P负极复合材料；目的之三在于提供MXenes/P负极复合材料在锂离子电池、或钠离子电池中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：