[發明專利]一種柔性自支撐MXene/鋅復合電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910954273.2
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN110660970A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 馮金奎;田園;安永靈
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/42;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525;H01M10/054;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張曉鵬

本發明涉及一種柔性自支撐三維層狀MXene/鋅復合電極及其制備方法和應用。由三維層狀的MXene膜與金屬鋅組成的復合材料，三維層狀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中的一種或兩種以上的混合物組成，三維層狀的MXene膜負載鋅。比表面積更大，能夠負載更多的鋅，可以作為鋅金屬負極，或者作為鋰金屬負極的集流體，可以很好的抑制鋅枝晶或者鋰枝晶生長，而且可以用作鋰離子或鈉離子或鉀離子電池等二次充放電電池的負極材料，或者超級電容器的電極材料。

技術領域

本發明屬于電極材料制備技術領域，具體涉及一種柔性自支撐MXene/鋅復合電極及其制備方法和應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

隨著電動汽車、大規模儲能、輕型電動車等需求日益增大，全球不可再生資源的日益減少，基于當前對綠色、高效、實用的儲能材料的迫切需求，對高性能大容量的二次儲能可充放電電池的開發迫在眉睫。

金屬鋅(Zn)因為綠色環保、地球儲量豐富、價格低廉、延展性好、且在空氣和水溶液體系中高度穩定，最重要的是，鋅負極具有很高的理論比容量(875mAh/g)和較低的還原電勢(-3.04V相對于標準氫電極電勢)，鋅離子電池具有極大的潛力目前研究最廣泛且最具有市場應用價值的能源存儲體系。然而，鋅金屬電池在充電過程中會因為鋅離子還原時其反復沉積和析出過程中負極表面容易形成金屬鋅枝晶，尖銳的金屬鋅枝晶很可能會失效，甚至有可能引發爆炸等安全問題；此外，鋅枝晶的生成也會降低鋅金屬電池容量，鋅枝晶的問題會嚴重限制其實際應用。

同樣地，金屬鋰，在鋰金屬電池中具有極高的理論比容量(3879mAh/g)和較低的電壓窗口，能滿足高能量密度電池體系的需求。但是同樣在循環過程中也會產生嚴重的鋰枝晶，尖銳的鋰枝晶可能刺穿隔膜產生安全性問題，鋰枝晶的生長也會使得SEI膜不斷生長并不斷消耗電解液，而且伴隨著容量衰減，會使電池使用壽命大大縮短，極大限制鋰金屬電池的實際應用。

因此，抑制金屬枝晶生長迫在眉睫。目前，有效抑制金屬枝晶生長提升金屬負極循環穩定性和安全性能的策略逐漸增多，比如增大金屬負極的比表面積、在集流體預沉積形核位點等。目前由Yury等人發現的新型的二維MXene材料具有良好的力學柔性、高的比表面、穩定的化學性、高的導電性及獨特的光電性能等優點，二維MXene的膠體溶液可以在沒有添加劑的情況組裝成自支撐、親水、柔性且導電的薄膜，它有類石墨烯的特性，但是它在很多性能上更優于石墨烯，因此吸引了多個材料及化學領域的研究者們，MXene具有極大的潛力用來抑制金屬負極的生長，而且目前的相關報道很少。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種柔性自支撐MXene/鋅復合電極及其制備方法和應用。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：

第一方面，一種柔性自支撐MXene/鋅復合電極，由三維層狀的MXene膜與金屬鋅組成的復合材料，MXene膜負載鋅。