[发明专利]一种Nb2

说明书

本公开涉及电池电极领域，具体提供一种Nb₂C MXene材料及其制备方法与应用。所述材料宏观上呈片层分离的风琴状，微观上呈六方晶系排列。所述材料的制备方法包括如下步骤：制备Nb₂AlC MAX相，用HF对其进行选择性刻蚀，完全刻蚀掉Al层，即得。解决现有技术中金属钠和钾离子半径较大，循环过程容易产生枝晶，无法代替锂电池应用的问题。

技术领域

本公开涉及电池电极领域，具体提供一种Nb₂C MXene材料及其制备方法与应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

随着石墨烯的成功制备，二维材料近几年引起了科研工作者的足够重视。跟其它材料相比，二维材料的比表面积大，氧化还原反应的活性位点和离子通道较多，在电池中表现较好。近些年，一种二维材料引起了科研人员的重视，这就是MXene材料。这种材料是通过将陶瓷MAX相(通式为M_n+1X_nT_x)进行选择性刻蚀掉A层制备的，其中M代表Ti,Cr,Nb,Mo,V等过渡金属元素，X代表C 或N，T代表OH,O,F,Cl等末端基团。这种材料丰富的末端基团使其与各种溶剂的亲和性较好。过去人们发现MXene材料对大直径离子的扩散能垒较低，而且其片层间距较大，方便大离子插入。MXene材料本身带有金属性，导电性和机械韧性较好，可以作为碱金属离子电池的备选材料。

现有技术中二维材料Mxene在电池中表现出良好性能，可作为下一代储能材料使用。金属钠和金属钾的价格较低，性能优良，在代替金属锂作为电池负极材料方面有巨大的潜力。但发明人发现，金属钠和钾的离子的半径较大，循环过程也容易产生枝晶，制约了它们的商业化应用。

发明内容

针对现有技术中金属钠和钾离子半径较大，循环过程容易产生枝晶，无法代替锂电池应用的问题。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种Nb₂C MXene材料，所述材料宏观上呈片层分离的风琴状，微观上呈六方晶系排列。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种Nb₂C MXene材料的制备方法，包括如下步骤：制备Nb₂AlC MAX相，用HF对其进行选择性刻蚀，完全刻蚀掉 Al层，即得。

上述Nb₂C MXene材料或上述Nb₂C MXene材料的制备方法制得的产品在电池中的应用。

上述Nb₂C MXene材料或上述Nb₂C MXene材料的制备方法制得的产品在作为电池阳极中的应用。

一种扣式电池，正极为上述的Nb₂C MXene材料或上述的Nb₂C MXene材料的制备方法制得的产品，负极由钠或钠钾合金材料制成，负极与正极之间还包括隔膜及活性层，所述活性层由活性物质Nb₂C MXene、聚偏氟乙烯、乙炔黑、N 甲基吡咯烷酮混合而成。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本公开成功制备出Nb₂C MXene材料并将其用在不同碱金属离子电池中。风琴状的Nb₂C MXene材料有着片层堆叠的结构，片层之间的孔隙较大，反应面积较大。而且，高分辨投射电镜照片可以显示出其完整的结构。当用固态钠、液态钠钾合金搭配作为负极后，它表现出良好的电化学性能，例如超过500周的循环稳定性和良好的倍率性能。当液态钠钾合金作为负极时，枝晶生长得到抑制。本公开所述的Nb₂C MXene材料更适合应用于钠钾离子电池的储能材料。

附图说明