[发明专利]一种负极复合材料Sn/MXene@C及其制备方法

说明书

一种负极复合材料Sn/MXene@C及其制备方法。本发明负极复合材料Sn/MXene@C是表层由碳封装的多层夹心结构，所述多层夹心结构是层间嵌入有Sn纳米粒子的MXene。本发明制备方法是将PVP、可溶性二价锡盐以依次加入MXene分散液中，混合均匀，加热蒸发，得沉积物；将沉积物在还原气氛下热处理，得所述Sn/MXene@C。本发明负极复合材料具备稳定的框架结构，采用其制备的正极所组装的电池比容量高、循环稳定性好、倍率性能好。本发明制备方法操作简单、制作成本低。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料领域，具体涉及一种负极复合材料Sn/MXene@C及其制备方法。

背景技术

随着传统化石能源的枯竭和环境问题的加剧，新能源开发、存储技术的研究迫在眉睫。在储能领域中，锂离子电池（LIBs）因容量高、体积小、质量轻而成为了当前应用最广泛的储能器件。可随着动力电池市场对电池能量密度要求的不断提高，锂电体系的技术突破逐渐遭遇瓶颈，传统碳负极材料较低的理论比容量则是其中的主要问题之一。因而，开发具有更高储锂容量的负极材料极为重要。

众多高容量负极材料中，锡基材料因其高的理论比容量而受到广泛关注。其中金属锡的理论比容量可达994 mAh g^-1，是石墨负极材料容量的三倍。然而，该类材料却具有致命的缺陷，比如脱嵌锂过程显著的体积效应 (约300 %)和较差的导电性等，由此导致的电极表面活性物质粉化和极化问题阻碍了其实际应用。针对这一问题，研究者们设计了一系列改性策略，如纳米化、包碳复合等等，确实一定程度改善了材料的性能，但易团聚、结构不稳定等问题接踵而来。MXene是一类新型二维过渡金属碳/氮化物材料，它是由HF酸选择性刻蚀三维层状化合物MAX（其中M为早期过渡金属元素，A为主族元素，X为碳或者氮元素）中的A原子层而得到。MXene具有比石墨更稳定的层状结构、巨大的比表面积、良好的导电性、较低的工作电压范围、扩散势垒等特点，近年来引起了广泛的研究，展现了作为优异模板改善Sn基负极材料性能的应用潜力。

CN102231436A公开了一种Sn-Sb/石墨烯纳米复合材料的制备方法，并研究了其电化学性能，实验结果表明石墨烯基Sn-Sb作为锂离子电池负极材料的充放电容量明显提高；但该研究是将Sn-Sb合金负载在石墨烯上，石墨烯因其本身的片状结构较为单薄，不具备稳定的框架结构，充放电过程中不能有效地缓解其体积效应。

CN105720246A公开了一种颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料，采用液相法制备出SnO₂/Ti₃C₂复合材料并表明其在锂离子电池中电化学性能优于单一的SnO₂材料；但该研究中较多分散在Ti₃C₂材料的层间及表面的SnO₂颗粒仍旧直接暴露在复合材料的表面，这将导致纳米粒子与电解液的直接接触，无法形成稳定的SEI膜从而产生大量的副反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供一种负极复合材料Sn/MXene@C及其制备方法。本发明负极复合材料具备稳定的框架结构，采用其制备的正极所组装的电池比容量高、循环稳定性好、倍率性能好。本发明制备方法操作简单、制作成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种负极复合材料Sn/MXene@C，所述负极复合材料Sn/MXene@C是表层由碳封装的多层夹心结构，所述多层夹心结构是层间嵌入有Sn纳米粒子的MXene。

本发明负极复合材料Sn/MXene@C的制备方法，将PVP（聚乙烯吡咯烷酮）、可溶性二价锡盐以依次加入MXene分散液中，混合均匀，加热蒸发，得沉积物；将沉积物在还原气氛下热处理，得所述负极复合材料Sn/MXene@C。