一种自支撑负极材料及其制备方法、负极片和二次电池技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种自支撑负极材料及其制备方法、负极片和二次电池，该方法包括以下步骤：步骤S1、将盐酸与氟化锂混合，加入MAX相材料反应，调节酸碱度，超声搅拌，离心得到MXene分散液，冷却保存；步骤S2、在MXene分散液中加入普鲁士蓝类似物和分散剂，混合搅拌，静置，抽滤，冷冻干燥得到前驱体；步骤S3、将前驱体加热煅烧氧化得到自支撑负极材料。本发明专利技术的一种自支撑负极材料的制备方法，一种自支撑负极材料的制备方法，使用MAX相材料与普鲁士类似物进行复合，制备出具有高导电性，高可逆比容量，不易析锂。不易析锂。不易析锂。

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑负极材料及其制备方法、负极片和二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种自支撑负极材料及其制备方法、负极片和二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池是当下最为常见的二次电池，但在商业化电池领域，十几年来在正负极材料种类上并没有十分巨大的差异，尤其是作为负极的石墨。时至今日，随着科技的发展与市场需求的提高，常规的石墨逐渐触及瓶颈，例如高电压钴酸锂的应用常出现析锂的情况。
[0003]因此，亟需一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种自支撑负极材料的制备方法，使用MAX相材料与普鲁士类似物进行复合，制备出具有高导电性，高可逆比容量，不易析锂。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种自支撑负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、将盐酸与氟化锂混合，加入MAX相材料反应，调节酸碱度，超声搅拌，离心得到MXene分散液，冷却保存；
[0008]步骤S2、在MXene分散液中加入普鲁士蓝类似物和分散剂，混合搅拌，静置，抽滤，冷冻干燥得到前驱体；
[0009]步骤S3、将前驱体加热煅烧氧化得到自支撑负极材料。
[0010]本专利技术的自支撑负极材料的制备方法使用盐酸和氟化锂进行混合制备出氢氟酸，氢氟酸浓度可调，对MAX相材料刻蚀更准确。经过刻蚀后的MAX相材料变成MXene分散液，经过冷却保存，有效地保留MXene分散液中的类手风琴状结构，具有广阔的比表面积，为电化学反应提供了充足的活性位点，有利于后续与金属的结合。普鲁士盐类似物具有良好的导电性能，将MXene分散液、普鲁士盐类似物和分散剂进行混合反应得到前驱体，加热煅烧得到自支撑负极材料，制备出的自支撑负极材料具有高导电性、高可逆比容量。
[0011]氢氟酸保存条件苛刻，腐蚀性强，直接使用有一定的难度，原位生长有利于保证使用时氢氟酸的质量，同时利于控制反应的速度。使用盐酸与氟化锂混合制备出自制的氢氟酸，得到的氢氟酸浓度可调节，可控性好，可以根据反应情况进行调节。MAX相材料与氢氟酸反应的反应式如下：
[0012]M
n+1
AlX
n
+3HF
→
M
n+1
X
n
+AlF3+1.5H2。
[0013]MAX相材料包括Ti2AlC、Mo3AlC2、Ti3AlN2、Ni2SiC中的一种或几种。MAX相材料指的是具有三层结构的碳化物或者氮化物，其结构通式为M
n+1
AX
n
，其中M代表过渡金属氧化物，A代表中间相层，一般为第三、第四主族的元素，常见的为Al和Si元素，而X代表氮或者碳元
素。以如此三层为单位叠加的MAX相材料通过酸刻蚀的方式移除中间层A，得到如图2中手风琴状的MXene材料。优选地，MAX相材料使用Ti2AlC。
[0014]普鲁士盐类似物由过渡金属盐和有机配体制备而成。过渡金属盐包含但不限于Ni、Co、Mn、Fe、Mg、Zn中的一种或多种金属的硝酸盐或者卤盐。分散剂包括但不限于柠檬酸三钠、聚丙烯酸、十二烷基硫酸钠的一种或多种。有机配体为四氢合镍酸钾、二甲基咪唑中的一种或两种。优选地，金属盐与络合配体使用氯化镍与四氢合镍酸钾，二者进行络合的化学反应式：2NiCl2+K4[Ni(CN)4]→
Ni2[Ni(CN)4]+4KCL。制备出的普鲁士蓝类似物具有良好的电性能。
[0015]优选地，所述步骤S1中盐酸的浓度为5～10mol/L，体积为5～25ml，氟化锂的质量为0.2～15g，MAX相材料的质量为0.1～5g。调节盐酸的浓度和体积，可调节生成的氢氟酸的量，从而调节刻蚀的速率以及深度。优选地，盐酸的使用质量为3.285*10^
‑
3g，氟化锂的质量为0.8g，MAX相材料的质量为0.1～3g、0.2～3g、0.3～3g、0.1～0.8g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g。氟化锂的质量为0.2～10g、0.2～8g、0.5～6g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g、1.5g、2g、4g、6g。
[0016]优选地，所述步骤S1中反应时间为20～30小时，酸碱度为5～7，超声搅拌的时间为0.5～3小时，离心的时间为1～10分钟，离心的转速为3000～5000rpm/min。步骤S1中反应时间为20～28小时、22～28小时、24～28小时、21～25小时，具体地，反应时间为20小时、21小时、22小时、23小时、24小时、25小时、26小时、27小时、28小时，酸碱度为5、6、7，超声搅拌的时间为0.5小时、1小时、2小时、3小时，离心的时间为1分钟、3分钟、6分钟、8分钟、10分钟。离心的转速为3000rpm/min、3400rpm/min、3600rpm/min、3800rpm/min、4000rpm/min、4200rpm/min、4600rpm/min、4700rpm/min、4900rpm/min、5000rpm/min。
[0017]优选地，所述步骤S2中MXene分散液、普鲁士类似物、分散剂的重量份数为4～10:2～6:1～2。步骤S2中MXene分散液、普鲁士类似物、分散剂的重量份数为5～10:3～6:1.5～2、4～10:4～6:1.5～2:、4～10:5～6:1～2。
[0018]优选地，所述步骤S2中抽滤的孔径为30～50μm，冷冻干燥时间为10～20小时。抽滤的孔径为30μm、35μm、38μm、40μm、43μm、46μm、48μm、50μm，冷冻干燥时间为10小时、12小时、14小时、15小时、16小时、18小时、20小时。
[0019]优选地，所述步骤S3中加热煅烧的温度为350～600℃，煅烧时间为3～6小时。加热煅烧的温度为350℃、380℃、400℃、430℃、450℃、480℃、500℃、530℃、550℃、580℃、600℃。煅烧时间为3小时、4小时、5小时、6小时。
[0020]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种自支撑材料，具有高孔隙率和高比表面的优点。
[0021]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0022]一种自支撑材料，由上述的自支撑负极材料的制备方法得到。
[0023]优选地，自支撑材料的厚度为0.01～2mm。优选地，自支撑材料的厚度为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.6mm、1.2mm、1.7mm、2mm。
[0024]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极片，具有较多的比表面积，提供充足的活性位点，比容量高，化学稳定性强。
[0025]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0026]一种负极片，为上述的自支撑材料。
[0027]本专利技术的目的之四在于：针对现有技术的不足本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将盐酸与氟化锂混合，加入MAX相材料反应，调节酸碱度，超声搅拌，离心得到MXene分散液，冷却保存；步骤S2、在MXene分散液中加入普鲁士蓝类似物和分散剂，混合搅拌，静置，抽滤，冷冻干燥得到前驱体；步骤S3、将前驱体加热煅烧氧化得到自支撑负极材料。2.根据权利要求1所述的自支撑负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中盐酸的浓度为5～10mol/L，体积为5～25ml，氟化锂的质量为0.2～15g，MAX相材料的质量为0.1～5g。3.根据权利要求1或2所述的自支撑负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中反应时间为20～30小时，酸碱度为5～7，超声搅拌的时间为0.5～3小时，离心的时间为1～10分钟，离心的转速为3000～5000rpm/min。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡泽林，陈杰，杨山，项海标，李载波，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：