[發明專利]一種電化學一站式制備鋁離子電池用Mxenes正極材料的方法

在審

• 申請號: 202110587505.2
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113381010A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 李建玲;鐘健健;霍曉更;楊哲
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/054;H01M10/058
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種電化學一站式制備鋁離子電池用Mxenes正極材料的方法,屬于鋁離子電池正極材料領域。制備步驟為：1)MAX相(V₂AlC、Nb₂AlC和Ti₃AlC₂等)、導電劑和粘結劑以一定的質量比混合，制備MAX電極；2)將鋁鹽和1?乙基?3?甲基氯化銨([EMIm]Cl)混合，在手套箱中制備電解液；3)剪裁高純鋁片和玻璃纖維隔膜分別作為鋁離子電池負極和隔膜；4)將上述MAX電極、鋁負極和玻璃纖維隔膜組裝成鋁離子電池，在一定的電壓下恒壓刻蝕MAX相；5)將制備的Mxenes材料在刻蝕體系中直接用于鋁離子電池正極材料，進行電化學循環穩定性測試。本發明以MAX相為電極，結合鋁離子電池充放電機理，通過電化學刻蝕實現了MXenes材料的制備并直接應用于鋁離子電池體系，工藝簡單，能夠有效改善其在鋁離子電池中的電化學穩定性。

技術領域

本發明屬于鋁離子電池正極材料領域，具體涉及一種電化學一站式制備鋁離子電池用Mxenes正極材料的方法。

背景技術

傳統的MXenes材料制備方法或多或少跟HF酸有關，無論是直接采用HF酸刻蝕，還是使用LiF+HCl進行原位HF酸刻蝕，或者是使用氟化銨等，制備過程中均具有嚴重的安全隱患和環境污染問題。除此之外，水溶液刻蝕制備的MXenes材料表面含有大量的-OH官能團，影響其在有機體系儲能裝置中的電化學性能。因此，新興綠色的制備方法成為了近幾年的研究熱點。

2010年之前，鋁離子電池主要采用水系電解液(AlCl₃、Al₂(SO₄)₃和Al(NO₃)₃)和高溫熔鹽電解液(NaCl-AlCl₃)，水系電解液與正極材料的難匹配性以及高溫熔鹽電解液的高溫難實現性限制了鋁離子電池的發展。2011年，Archer課題組報道了一種有機離子液體鋁離子電池，以([EMIm]Cl)/AlCl₃為電解液，在室溫條件下實現了鋁離子電池的穩定循環。室溫有機離子液態電解液的發現促進了鋁離子電池的飛躍。目前研究的鋁離子電池主要以([EMIm]Cl)/AlCl₃為電解液，由AlCl₃和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物(EMIC)進行配制，可以通過改變AlCl₃與([EMIm]Cl)的摩爾比來調節這類離子液體的Lewis酸度。當AlCl₃的摩爾數＞([EMIm]Cl)的摩爾數時，離子液體呈酸性，其中主要離子是[Al₂Cl₇]^-；當AlCl₃的摩爾數＝([EMIm]Cl)的摩爾數時，離子液體呈中性，其中唯一的陰離子是[AlCl₄]^-；當AlCl₃的摩爾數＜([EMIm]Cl)的摩爾數時，離子液體呈堿性，其中[AlCl₄]^-和Cl^-共存。

借鑒鋁離子電池的工作機理，調控離子液體([EMIm]Cl)/AlCl₃的Lewis酸度，使刻蝕液呈酸性，在室溫條件下，采用無氟、無水的電化學方法制備MXenes材料。與傳統的濕化學蝕刻方法相比，此方法在刻蝕過程中不涉及水和氟，制備的MXenes材料表面官能團為-Cl，為MXenes材料的綠色制備開辟了新的途徑。更重要地，恒壓刻蝕實現了三維MAX相向二維MXenes材料的轉變，并直接在刻蝕體系中用于鋁離子電池正極，這種一站式MXenes材料制備與原位應用避免了電極材料與空氣中水、氧的接觸，在鋁離子電池中表現出超長的循環穩定性。

發明內容