[发明专利]一种柔性自支撑MXene/锌复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种柔性自支撑三维层状MXene/锌复合电极及其制备方法和应用。由三维层状的MXene膜与金属锌组成的复合材料，三维层状MXene膜由Ti₃C₂、Nb₄C₃、Ti₂C、Ta₄C₃、TiNbC、(V_0.5Cr_0.5)₃C₂、V₂C、Nb₂C、Ti₃CN、Ti₃C₂、Ti₂C、Ta₄C₃、TiNbC、(V_0.5Cr_0.5)₃C₂、V₂C、Nb₂C、Nb₄C₃或Ti₃CN中的一种或两种以上的混合物组成，三维层状的MXene膜负载锌。比表面积更大，能够负载更多的锌，可以作为锌金属负极，或者作为锂金属负极的集流体，可以很好的抑制锌枝晶或者锂枝晶生长，而且可以用作锂离子或钠离子或钾离子电池等二次充放电电池的负极材料，或者超级电容器的电极材料。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种柔性自支撑MXene/锌复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着电动汽车、大规模储能、轻型电动车等需求日益增大，全球不可再生资源的日益减少，基于当前对绿色、高效、实用的储能材料的迫切需求，对高性能大容量的二次储能可充放电电池的开发迫在眉睫。

金属锌(Zn)因为绿色环保、地球储量丰富、价格低廉、延展性好、且在空气和水溶液体系中高度稳定，最重要的是，锌负极具有很高的理论比容量(875mAh/g)和较低的还原电势(-3.04V相对于标准氢电极电势)，锌离子电池具有极大的潜力目前研究最广泛且最具有市场应用价值的能源存储体系。然而，锌金属电池在充电过程中会因为锌离子还原时其反复沉积和析出过程中负极表面容易形成金属锌枝晶，尖锐的金属锌枝晶很可能会失效，甚至有可能引发爆炸等安全问题；此外，锌枝晶的生成也会降低锌金属电池容量，锌枝晶的问题会严重限制其实际应用。

同样地，金属锂，在锂金属电池中具有极高的理论比容量(3879mAh/g)和较低的电压窗口，能满足高能量密度电池体系的需求。但是同样在循环过程中也会产生严重的锂枝晶，尖锐的锂枝晶可能刺穿隔膜产生安全性问题，锂枝晶的生长也会使得SEI膜不断生长并不断消耗电解液，而且伴随着容量衰减，会使电池使用寿命大大缩短，极大限制锂金属电池的实际应用。

因此，抑制金属枝晶生长迫在眉睫。目前，有效抑制金属枝晶生长提升金属负极循环稳定性和安全性能的策略逐渐增多，比如增大金属负极的比表面积、在集流体预沉积形核位点等。目前由Yury等人发现的新型的二维MXene材料具有良好的力学柔性、高的比表面、稳定的化学性、高的导电性及独特的光电性能等优点，二维MXene的胶体溶液可以在没有添加剂的情况组装成自支撑、亲水、柔性且导电的薄膜，它有类石墨烯的特性，但是它在很多性能上更优于石墨烯，因此吸引了多个材料及化学领域的研究者们，MXene具有极大的潜力用来抑制金属负极的生长，而且目前的相关报道很少。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种柔性自支撑MXene/锌复合电极及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种柔性自支撑MXene/锌复合电极，由三维层状的MXene膜与金属锌组成的复合材料，MXene膜负载锌。