[发明专利]一种MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：由锂离子电池正极材料、包覆锂离子电池正极材料的MXene纳米点包覆层、和掺杂锂离子电池正极材料的MXene纳米纤维材料组成，MXene纳米点和MXene纳米纤维材料均为金属碳化物或氮化物材料M_n+1X_n，其中M＝Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Hf，X代表C或N元素，n＝1、2、3。

2.根据权利要求1所述的一种MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：MXene纳米点包覆层颗粒尺寸为3～20nm，MXene纳米点与锂离子电池正极材料的质量比为0.5～10：100。

3.根据权利要求1所述的一种MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：MXene纳米纤维材料长度1～30μm，直径为3～50nm，掺杂的MXene纳米纤维与锂离子电池正极材料的质量比为0.5～10:100。

4.根据权利要求1所述的MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：锂离子电池正极材料为具有层状结构、尖晶石结构或橄榄石结构的正极材料。

5.一种MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料的制备方法，用于制备权利要求1～4任意一项所述的MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：

步骤一、制备MXene纳米点材料：采用酸刻蚀或电化学刻蚀三维层状结构的MAX相材料，制备出微米尺寸的MXene纳米片材料，然后，采用水热反应将MXene纳米片剪裁成MXene纳米点材料，水热反应的温度为100～150℃，反应时间为2～6h，将反应后得到的分散液用去离子水离心洗涤3-8次，冷冻干燥后即得到MXene纳米点材料；

步骤二、静电纺丝法制备MXene纳米纤维材料：将步骤一得到的MXene纳米点加入到有机溶剂中，超声分散2～24h，配制浓度为0.5mg/mL～5mg/mL的分散液，将该分散液作为静电纺丝溶液装入塑料注射器中，以10-20kV的电压施加在静电纺丝注射器喷嘴和金属收集板之间，喷嘴与收集器之间的距离为7～15厘米，静电纺丝的环境湿度控制在15～30％，MXene分散液的注射速率为0.2-10mL/h，最终收集得到MXene纳米纤维材料，分散MXene纳米点的有机溶剂为乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一种；

步骤三、制备MXene纳米纤维掺杂的锂离子电池正极材料：通过球磨法或水热法或共沉淀法将步骤二得到的MXene纳米纤维混合入合成锂离子电池正极材料所需的前驱体中，然后将得到的材料混合锂盐后进行高温锂化，得到MXene纳米纤维掺杂的锂离子电池正极材料，MXene纳米纤维与锂离子电池正极材料的质量比为0.5～10：100；

步骤四、制备MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料：首先将壳寡糖加入到水溶液中配制浓度为0.5～1mg/mL的溶液，通过加酸调整pH＜5，然后加入步骤一得到的MXene纳米点，超声分散1～24h，得到壳聚糖吸附的MXene纳米点材料；配制0.2～1mg/mL的果胶溶液，然后加入步骤三制备的MXene纳米纤维掺杂的锂离子电池正极材料，持续搅拌0.5～1h，得到果胶吸附的MXene纳米纤维掺杂的锂离子电池正极材料，将壳聚糖吸附的MXene纳米点分散液加入到果胶吸附的MXene纳米纤维掺杂的锂离子电池正极材料分散液中，搅拌1～5h，使得MXene纳米点完全且均匀地包覆在MXene纳米纤维掺杂的锂离子电池正极材料的表面，过滤烘干，将所得产物在氧气气氛下400～800℃热处理0.5h～2h，即得到MXene纳米点包覆兼MXene纳米纤维掺杂的锂离子电池正极材料；调整壳寡糖溶液的酸为盐酸、乙酸或硫酸中的一种；锂离子电池正极材料与步骤一得到的MXene纳米点的质量比为100：0.5～10；壳寡糖与果胶的质量比为0.1～0.8：1。

6.根据权利要求5的一种MXene掺杂兼表面包覆改性的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤一的MXene纳米片水热剪裁制备MXene纳米点的反应温度为130℃。