本发明专利技术涉及一种MXene包覆三元正极材料及其制备方法与锂离子电池，所述制备方法包括如下步骤：(1)刻蚀法制备得到MXene；(2)混合三元前驱体和锂源，进行一次煅烧，得到三元正极一烧品；(3)混合分散剂、步骤(1)所得MXene和步骤(2)所得三元正极一烧品，进行二次煅烧，得到所述MXene包覆三元正极材料。本发明专利技术提供的MXene包覆三元正极材料的制备方法，在三元正极材料表面形成了均匀的导电网络包覆层，能够有效的抑制三元材料与电解液发生副反应；优化了MXene包覆三元正极材料的制备工序，解决了材料制备工序复杂的问题；提高了正极材料的电子电导和离子电导率，进而提高了倍率性能和循环性能。性能。
【技术实现步骤摘要】
一种MXene包覆三元正极材料及其制备方法与锂离子电池
[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料制备
，涉及一种MXene包覆三元正极材料的制备方法，尤其涉及一种MXene包覆三元正极材料及其制备方法与锂离子电池。
技术介绍
[0002]三元正极材料具有高功率密度和能量密度、优异的循环性能等突出优点而备受关注优势，已成为工业上应用最广泛的锂离子二次电池正极材料之一。研究发现在三元正极材料中随着镍含量不断提高可获得高的比容量，但同时会使材料结构产生缺陷，在高电荷态下具有催化活性的Ni
4+
会加剧正极材料与电解液之间的界面副反应，引发材料金属离子溶出和表面释氧，继而发生从层状结构向尖晶石或岩盐结构的转变，导致正极材料容量衰减和循环稳定性下降，从而降低锂离子电池的使用寿命。
[0003]目前，为了解决上述问题，一般会通过在材料表面包覆不同化合物提高三元正极材料结构的稳定性。
[0004]CN 112103504A提供了一种三元材料负载少层/棒状MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：取预设质量的多层二维MXene粉末加入到插层剂中，通过磁力搅拌均匀，完全反应后，进行离心处理，取下层沉淀；将下层沉淀加入到三颈烧瓶中，倒入去离子水，在气体氛围下通过超声处理预设时间后，进行离心处理，取上层液，冷冻干燥后得到少层/棒状MXene；将少层/棒状MXene与三元材料混合制成电极浆料，涂覆在铝箔上进行真空干燥，形成三元材料负载少层/棒状MXene复合材料。该专利技术由于添加的MXene还可以抑制较高电压下的M
‑
H2相变并吸收Ni/Co/Mn原子，能够降低金属枝晶的产生率，从而增强并稳定了富镍正极结构并使其保持出色的倍率和循环性能。
[0005]CN 112164791A公开了一种新型MXene包覆镍钴锰三元正极材料的制备方法，制备时首先制备出MXene分散液，MXene的制备是以MAX相为原料，利用酸刻蚀的方法制备出风琴状MXene，借助超声剥离手段将其制备成MXene单片分散液，所制备的MXene分散液基于其表面的含氧官能团，使其带负电荷。利用阳离子表面活性剂处理镍钴锰三元正极材料使三元正极表面带正电荷，利用静电吸附自组装，使MXene片层包覆在镍钴锰三元正极材料的表面。MXene包覆层的存在有效的隔绝了三元正极材料与电解液的直接接触，有效的避免了直接接触副反应的发生。该专利技术制备方法简单，流程短，步骤易于操作，且材料加工性能与电化学性能优异，降低了电池的阻抗，提高了材料的高倍率性能和循环稳定性。
[0006]以上技术方案中对三元正极材料进行了包覆改性，但是CN 112103504A将MXene直接与三元材料混合制成复合材料，复合效果可能不佳，主要体现在MXene与三元材料的结合效果可能不佳，容易出现MXene从三元材料主体上脱离的情况。CN 112164791A多次使用到离心和水洗可能会对三元正极材料结构稳定性带来影响，且增加水洗工序会带来成本的增加，同时冷冻干燥的干燥方式，也不利于工业化大量制备。
[0007]因此，如何优化改进材料的制备工序，提供一种MXene包覆改性的三元正极材料，是锂离子电池正极材料制备
需要解决的问题。
技术实现思路
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种MXene包覆三元正极材料及其制备方法与锂离子电池，优化了MXene包覆三元正极材料的制备工序，解决了材料制备工序复杂的问题，三元正极材料的倍率性能、高温循环和高温存储等电化学性能相比于未包覆三元正极材料明显提高。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，一种MXene包覆三元正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0011](1)刻蚀法制备得到MXene；
[0012](2)混合三元前驱体和锂源，进行一次煅烧，得到三元正极一烧品；
[0013](3)混合分散剂、步骤(1)所得MXene和步骤(2)所得三元正极一烧品，进行二次煅烧，得到所述MXene包覆三元正极材料。
[0014]本专利技术提供的MXene包覆三元正极材料的制备方法，在三元正极材料表面形成了均匀的导电网络包覆层，能够有效的抑制三元材料与电解液发生副反应；优化了MXene包覆三元正极材料的制备工序，解决了材料制备工序复杂的问题；提高了三元正极材料的电子电导和离子电导率，进而提高了倍率性能和循环性能等电化学性能。
[0015]优选地，步骤(1)所述刻蚀法包括：
[0016]混合MAX和刻蚀混合液，搅拌反应，得到所述MXene。
[0017]优选地，所述MAX的化学式为M
n+1
AX
n
，其中n＝1、2或3，A包括Al、Ga、In、Ti、Si、Ge、Sn或Pb中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Al和Ga的组合，Ga和In的组合，In和Ti的组合，Ti和Si的组合，Si和Ge的组合，Ge和Sn的组合，Sn和Pb的组合，Al、Ga和In的组合，Ga、In和Ti的组合，In、Ti和Si的组合，Ti、Si和Ge的组合，Si、Ge和Sn的组合，Ge、Sn和Pb的组合，Al、Ga、In和Ti的组合，Ga、In、Ti和Si的组合，In、Ti、Si和Ge的组合，Ti、Si、Ge和Sn的组合，Si、Ge、Sn和Pb的组合，优选为Ti3AlC2。
[0018]优选地，所述刻蚀混合液包括锂源和酸的混合溶液。
[0019]优选地，所述锂源包括LiF。
[0020]优选地，所述锂源的浓度为2～5mol/L，例如可以是2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、4mol/L或5mol/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述酸包括HCl。
[0022]优选地，所述酸的质量分数为10～50wt％，例如可以是10wt％、20wt％、30wt％、40wt％或50wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，所述反应的时间为0.5～5h，例如可以是0.5h、1h、3h、4h或5h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，步骤(1)所述MXene的化学式为M
n+1
X
n
，其中n＝1、2或3，M为Ti、V、Sr、Cr、Ta、Nb、Zr、Mo或Hf中的任意一种或至少两种的组合，X为C和/或N。
[0025]M为Ti、V、Sr、Cr、Ta、Nb、Zr、Mo或Hf中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Ti和V的组合，V和Sr的组合，Sr和Cr的组合，Cr和Ta的组合，Ta和Nb的组合，Nb和Zr的组合，Zr和Mo的组合，Mo和Hf的组合，Ti、V和Sr的组合，V、Sr和Cr的组合，Sr、Cr和Ta的组合，Ta、Nb和Zr的组合，Nb、Zr和Mo的组合，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种MXene包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)刻蚀法制备得到MXene；(2)混合三元前驱体和锂源，进行一次煅烧，得到三元正极一烧品；(3)混合分散剂、步骤(1)所得MXene和步骤(2)所得三元正极一烧品，进行二次煅烧，得到所述MXene包覆三元正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述刻蚀法包括：混合MAX和刻蚀混合液，搅拌反应，得到所述MXene；优选地，所述MAX的化学式为M
n+1
AX
n
，其中n＝1、2或3，A包括Al、Ga、In、Ti、Si、Ge、Sn或Pb中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀混合液包括锂源和酸的混合溶液；优选地，所述锂源包括LiF；优选地，所述酸包括HCl；优选地，所述酸的质量分数为10～50wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为0.5～5h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述MXene的化学式为M
n+1
X
n
，其中n＝1、2或3，M为Ti、V、Sr、Cr、Ta、Nb、Zr、Mo或Hf中的任意一种或至少两种的组合，X为C和/或N。6.根据权利要求1
‑
5任一项的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述三元前驱体包括NCM和/或NCA的三元前驱体；优选地，步骤(2)所述三元前驱体中Ni的材料占比包括Ni33、Ni50、Ni60、Ni70、Ni80、Ni90或Ni99中的任意一种；优选地，步骤(2)所述一次煅烧的时间为5～16h；优选地，步骤(2)所述一次煅烧的温度为650～1100℃；优选地，步骤(2)所述一次煅烧的气氛为氧气和/或空气。7....
【专利技术属性】
技术研发人员：周永兵，谭小芳，王超，曾汉民，何巍，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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