负极材料、负极片、电池组件及制备方法技术

本发明专利技术涉及负极材料、负极片、电池组件及制备方法。本发明专利技术公开的负极材料，包括：MXene，MXene呈层状，且为负极材料的主体；石墨烯，石墨烯以插层形式插入MXene层间。本发明专利技术公开的负极片包括本发明专利技术的负极材料。本发明专利技术公开的电池组件包括隔膜和附着在隔膜上的本发明专利技术的负极片。本发明专利技术公开的负极材料的制备方法，包括步骤：S1：在0～30℃，将石墨烯分散液加到MXene的分散液后，在惰性气氛中进行超声，得到悬浮液；S2：去除悬浮液中的溶剂，即得到负极材料。本发明专利技术公开的负极片的制备方法，在步骤S2中，抽滤干燥后将膜层揭下即得。本发明专利技术公开的电池组件的制备方法，在步骤S2中，抽滤膜为电池隔膜，抽滤干燥后即得。

Anode materials, negative plates, battery assemblies and preparation methods

【技术实现步骤摘要】
负极材料、负极片、电池组件及制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及一种负极材料、负极片、电池组件及制备方法。
技术介绍
随着便携电子设备、电动汽车及可穿戴设备的发展,人们对储能器件的性能要求越来越高。目前电池的电池容量和倍率性能不太能满足需求，MXene因具有较大的比表面积、较小的离子传输路径、无需粘结剂和免涂布，可以提高电池的容量和倍率性能，而受到了关注。MXene是一种较新的二维材料，一般以通式Mn+1XnTx表示，其中M代表过渡金属元素，X(大写)为碳和/或氮，T代表MXene在制备过程中产生的官能团(如：-F和-OH等)，n一般为1～4。x(小写)是指官能团数量与MXene的蚀刻制备过程有关，x是不确定值。但MXene存在如下不足：第一、MXene的层与层之间由于存在范德华力，易发生塌陷和堆垛，因此将其单独作为负极材料时，容易因塌陷和堆垛而增大离子扩散阻力，使负极活性位点减少或负极失效，当其用于锂电池时，会降低锂电池的电池容量和倍率性能；第二、MXene的机械性能较差，单独采用MXene作为负极材料时，易碎裂，难以形成完整的膜层。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供一种负极材料，将石墨烯以插层形式插入MXene的层间，解决了MXene层与层之间的塌陷和堆垛的问题，同时也解决了MXene的机械性能差的技术问题。本专利技术还提供了包含本专利技术负极材料的负极片、电池组件及其制备方法。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供了一种负极材料，包括：MXene，所述MXene呈层状，且为所述负极材料的主体；石墨烯，所述石墨烯以插层形式插入所述MXene的层间。可选地，根据本专利技术的负极材料，所述MXene与所述石墨烯的质量比为1:0.1～0.8。可选地，根据本专利技术的负极材料，还包括碳纳米管，所述碳纳米管贯穿于所述MXene与所述石墨烯形成的层间。可选地，根据本专利技术的负极材料，所述MXene与所述碳纳米管的质量比为1:0.03～0.1。根据本专利技术的另一方面，提供了一种负极片，所述负极片包括本专利技术的负极材料。可选地，根据本专利技术的负极片，所述负极片为本专利技术的负极材料构成的膜层，在所述膜层中所述负极材料的质量占比为100％；可选地，根据本专利技术的负极片，所述膜层的厚度为5～25um。根据本专利技术的另一方面，提供了一种电池组件，包括隔膜和本专利技术的负极片，所述负极片附着于所述隔膜。根据本专利技术的另一方面，提供了一种负极材料的制备方法，包括步骤：S1：在0～30℃，将石墨烯分散液加到MXene的分散液后，在惰性气氛中进行超声，得到悬浮液；S2：去除所述悬浮液中的溶剂，即得到所述负极材料。可选地，根据本专利技术的制备方法，在步骤S1中，在MXene的分散液中还加入了含碳纳米管的分散液。可选地，根据本专利技术的制备方法，所述MXene、所述石墨烯和所述碳纳米管的质量比为1:0.1～0.8:0.03～0.1。根据本专利技术的另一方面，提供了一种负极片的制备方法，在步骤S2中，去除所述悬浮液中的溶剂，是在抽滤后，在0～30℃条件下干燥3～24h，将得到的膜层揭下即得负极片。根据本专利技术的另一方面，提供了一种电池组件的制备方法，在步骤S2中，去除所述悬浮液中的溶剂，是在抽滤时，抽滤膜为隔膜，抽滤后在0～30℃干燥3～24h，即得到所述电池组件；其中，所述电池组件包括隔膜和附着于所述隔膜的负极片。(三)有益效果(1)本专利技术的负极材料，石墨烯作为插层插入了MXene层间，一方面，防止了MXene层间的塌陷和堆垛，将本专利技术的负极材料用于电池，则减小了离子扩散阻力，释放了更多的活性位点，提高了电池容量和倍率性能；另一方面，由于石墨烯属于sp2型杂化，其机械强度较高，石墨烯的加入提高了负极材料的机械性能，从而使其在制备负极片时具备良好的成膜性能，且使制备得到的负极片具有良好的机械性能。(2)在本专利技术负极材料中，进一步优选将碳纳米管贯穿于石墨烯和MXene形成的层间。一方面，碳纳米管贯穿于石墨烯和MXene形成的层间，对各层可以起到支撑作用，防止层间发生塌陷和堆垛，将本专利技术负极材料用于电池，则减小了离子扩散阻力，释放了更多的活性位点，提高了电池的容量和倍率性能；另一方面，碳纳米管自身的导电性良好，且其在负极材料中构建了三维导电网络，提高了负极材料的导电性能，将其用于锂电池时，则提高了电池的倍率性能。(3)本专利技术的负极片，由于含有本专利技术的负极材料，将其用于锂电池时，可以提高锂电池的电池容量和倍率性能。在仅含有本专利技术的负极材料的负极片，由于不含有集流体、导电剂和粘结剂等，将其用于锂电池，可以提高锂电池的电池容量；且该负极片具有良好的机械性能。(4)本专利技术的电池组件包括隔膜和负极片，既具备了上述极片的优良性能，同时可以直接将该组件组装电池，从而缩减组装步骤。(5)根据本专利技术负极材料的制备方法，可以制备出本专利技术的负极材料。(6)在步骤S2的去除溶剂步骤，采用抽滤干燥去除溶剂，去除溶剂后将膜层剥离下来，根据规格需要裁剪就可以得到负极片。(7)在步骤S2中去除溶剂时，采用抽滤干燥去除溶剂，抽滤膜为隔膜，抽滤干燥后得到电池组件，根据需要的规格裁剪可以得到包括隔膜和负极片的电池组件，可以直接将电池组件用于电池组装，缩短了电池组装的工艺步骤。附图说明图1A为MXene的微观模型图；图1B为本专利技术的包括石墨烯和MXene的负极材料微观模型图；图1C为本专利技术的包括碳纳米管、石墨烯和MXene的负极材料微观模型图。图2为实施例中采用的酸刻蚀剥离的Ti3C2Tx的SEM图。图3为实施例2制备得到的负极片的SEM图。图4为实施例2制备得到的负极片的照片。附图标记：1：MXene，2：石墨烯插层，3：碳纳米管，4：负极片。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图和实施方式，对本专利技术进行详细描述。根据本专利技术的一方面，提供了一种负极材料，包括：MXene，MXene呈层状，且为负极材料的主体；石墨烯，石墨烯以插层形式插入MXene的层间。本专利技术的负极材料，石墨烯作为插层插入了MXene层间，一方面，防止了MXene层间的塌陷和堆垛，将本专利技术的负极材料用于电池，则减小了离子扩散阻力，释放了更多的活性位点，提高了电池容量和倍率性能；另一方面，由于石墨烯属于sp2型杂化，其机械强度较高，石墨烯的加入提高了负极材料的机械性能，从而使其在制备负极片时具备良好的成膜性能，且使制备得到的负极片具有良好的机械性能。其中，MXene可选用Ti3C2Tx、Ti2CTx、V2CTx、Cr2CTx中的至少一种，其中T为-F、-OH和-O中的一种或几种，x为官能团的数量，且其为不确定的数值。其中-O不是在MXene表面形成的官能团，即未形成化学键，而是由于静电吸附作用使MXene表面吸附了氧原子。其中，MXene(1)呈现如图1(A)示出的层状。在本专利技术的负极材料中，石墨烯层2如图1(B)示出的以石墨烯插层2的形式插入MXene(1)的层间。值得说明的是，图1(A)和图1(B)均为模型图，实际的微观图可能并不箱模型图示出的规则。其中，MXene为负极材料的主体，是指在负极材料中，MXene的质量占比要高于石墨烯，或高于石墨烯和碳纳米管，总之其质量占比会高于其它材料。根据本专利技术的负极材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，包括：MXene，所述MXene呈层状，且为所述负极材料的主体；石墨烯，所述石墨烯以插层形式插入所述MXene的层间。

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括：MXene，所述MXene呈层状，且为所述负极材料的主体；石墨烯，所述石墨烯以插层形式插入所述MXene的层间。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述MXene与所述石墨烯的质量比为1:0.1～0.8。3.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，还包括碳纳米管，所述碳纳米管贯穿于所述MXene与所述石墨烯形成的层间；优选地，所述MXene与所述碳纳米管的质量比为1:0.03～0.1。4.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括权利要求1～3任一项所述的负极材料。5.根据权利要求4所述的负极片，其特征在于，所述负极片为权利要求1～3任一项所述的负极材料构成的膜层，在所述膜层中所述负极材料的质量占比为100％；优选地，所述膜层的厚度为5～25um。6.一种电池组件，其特征在于，包括隔膜和权利要求5所述的负极片，所述负极片附着于所述隔膜。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诗雪，苗力孝，
申请(专利权)人：桑德新能源技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11