[發明專利]一種MXene/雙金屬氧化物復合材料及其制備方法和鋰離子電池負極材料

有效

• 申請號: 201810466140.6
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108511733B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 張炳森;李浩杰;魯銘;韓文娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種MXene/雙金屬氧化物復合材料及其制備方法和鋰離子電池負極材料，屬于鋰電池電極材料制備技術領域。首先將過渡族金屬碳/氮化物薄膜與兩種乙酰丙酮金屬鹽混合均勻，溶解于二卞醚溶劑中獲得前驅體溶液；然后通過原位熱解法實現乙酰丙酮金屬鹽的熱解，并在過渡族金屬碳/氮化物薄膜表面生成雙金屬氧化物；采用正己烷與乙醇的混合液進行超聲離心清洗后獲得所述MXene/雙金屬氧化物復合材料。該復合材料應用于鋰離子電池負極材料時，顯示較好的結構穩定性及均勻性，經電化學性能測試，該復合電極具有較高的能量密度、循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池電極材料制備技術領域，具體涉及一種MXene/雙金屬氧化物復合材料及其制備方法和鋰離子電池負極材料。

背景技術

鋰離子電池被廣泛的應用于移動電話、數碼相機等移動消費電子產品以及純電動、插電混合動力汽車的供能部件。目前，商用的鋰電池已不能滿足消費者對高能量密度與高功率密度儲能器件的迫切需求。高性能鋰離子電池的開發迫在眉睫。到目前為止，商用的鋰電池負極材料為石墨，其理論比容量較低為372mA h g^-1，阻礙了鋰電池的進一步發展。因此，尋找新的高性能負極材料對提升鋰電池性能至關重要。

雙金屬過渡族金屬氧化物材料(TMOs)，AB₂O₄(A,B＝Zn、Ni、Co、Mn、Fe)，由于其雙金屬協同效應而具有較高的電化學活性，展現出較高的鋰離子存儲能力，如：CoFe₂O₄的理論容量為916mAhg^-1，NiCo₂O₄的理論容量1200mAh g^-1。然而，TMOs卻因為其較低的電子傳導能力，以及其在充放電過程中電極發生巨大的體積形變，導致電極粉化而引起循環性能及倍率充放電性能急劇下降。

二維過渡族金屬碳/氮化物(MXenes)作為一類新的二維早期過渡族金屬碳/氮化物，由于其具有超高的電子傳導能力、親水的表面、能夠容納多種離子進行插層反應，在電化學儲能領域展現出巨大的應用潛力。此外，MXenes具有極好的機械性能，能夠承受自身重量的400倍的壓力，基于少層MXene制備的MXene紙被廣泛的應用的柔性電極的研究。然而，MXene的理論鋰離子存儲容量只有320mAh。

如何實現電極活性材料的高比容量及高循環性能？提高雙金屬氧化物導電性，抑制充放電過程中體積形變導致的電極膨脹粉化、提高電極初始比容量和循環穩定性，是本領域技術人員迫切需要解決的技術問題。

發明內容

針對現有雙金屬氧化物電極材料存在的不足之處，本發明提供了一種MXene/雙金屬氧化物復合材料及其制備方法和鋰離子電池負極材料，基于原位熱解法，以過渡族金屬碳/氮化物(MXene)與雙金屬氧化物(MTMOs)構筑了MXene/雙金屬氧化物復合材料，制得的復合材料用于電極材料顯示較好的結構穩定性及均勻性，經電化學性能測試，該復合電極具有較高的能量密度、循環穩定性和倍率性能。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種MXene/雙金屬氧化物復合材料的制備方法，該方法首先將過渡族金屬碳/氮化物薄膜與兩種乙酰丙酮金屬鹽混合均勻，溶解于二卞醚溶劑中獲得前驅體溶液；然后通過原位熱解法實現乙酰丙酮金屬鹽的熱解，并在過渡族金屬碳/氮化物薄膜表面生成雙金屬氧化物；采用正己烷與乙醇的混合液進行超聲離心清洗后獲得所述MXene/雙金屬氧化物復合材料。該方法具體包括如下步驟：

(1)準備過渡族金屬碳/氮化物(MXene)薄膜：先準備粉末狀多層過渡族金屬碳/氮化物，再通過真空抽濾制備少層過渡族金屬碳/氮化物薄膜；

(2)前驅體溶液的制備：