本发明专利技术公开了一种铝表面原位生长涂层的方法、铝箔、铝基集流体、电极和电池，其中，该方法包括：将MXene材料覆盖金属铝或铝合金的表面，然后在预定温度下进行加热处理；所述MXene材料的官能团含有F、Cl，Br或I中的一种或多种。本发明专利技术提出的方法能够在铝或铝合金的表面原位生长形成一层含有MAX相材料的涂层，MAX相材料作为一种陶瓷，具有高导电和耐腐蚀的优点，形成的涂层提高铝或铝合金表面的耐腐蚀性能。形成的涂层提高铝或铝合金表面的耐腐蚀性能。形成的涂层提高铝或铝合金表面的耐腐蚀性能。
【技术实现步骤摘要】
铝表面原位生长涂层的方法、铝箔、铝基集流体、电极和电池
[0001]本专利技术是属于二次电池领域，具体是关于一种铝表面原位生长涂层的方法、铝箔、铝基集流体、电极和电池。
技术介绍
[0002]二次电池能够将电能和化学能相互转化，是理想的储能装置。其中，锂离子和钠离子电池，由于其能量密度高，输出功率高且环境友好的优势，近年来得到了大力的发展。如今，锂离子电池已经商业化，特别是作为动力电池应用在电动汽车领域。另外，钠离子电池也取得了突破性的发展，钠离子电池的商业化应用也是近在咫尺。
[0003]随着锂离子和钠离子电池的商业化应用，许多技术问题暴露出来。其中，显著的就是能量密度的衰减，会导致存储和释放的电能下降，严重时直接导致电池失效。目前，锂离子和钠离子电池的正极均使用的是铝基集流体(铝箔)。但是由于该集流体易在电池中被含氟电解质及其分解产生的HF所腐蚀，将会导致电池性能的下降甚至失效。
[0004]为了解决铝基集流体易于被HF腐蚀的问题，目前铝基集流体通常会在表面涂覆一层碳涂层(表面涂碳)，得到涂炭铝箔。碳涂层中的碳材料主要包括炭黑、石墨片和石墨烯等。碳材料粉体与一定成膜剂、溶剂和助剂调配成浆料后，涂布在铝箔表面，干燥后形成一层致密的碳涂覆层。相较于空白铝箔，涂炭铝箔能够增加正极材料和集流体之间的附着力，因此提高了正极片的导电性，降低电池内阻。但是，由于碳涂层与铝箔之间的结合力主要是通过浆料中粘结剂的产生的粘合作用，粘结剂为非导电材料，添加粘结剂会一定程度上降低铝箔的导电性；由于碳涂层和铝箔之间结合力弱，碳涂层还会出现脱落，进而导致铝箔表面暴露被腐蚀，影响电池的循环性能。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对锂离子和钠离子电池中铝基集流体容易被腐蚀的技术问题，提供了一种新的涂层及其制备方法。
[0006]本专利技术第一方面提供一种铝表面原位生长涂层的方法，所述方法步骤包括：将MXene材料覆盖金属铝或铝合金的表面，然后在预定温度下进行加热处理；所述MXene材料的官能团含有F、Cl，Br或I中的一种或多种。
[0007]在一些实施例中，上述MXene材料的官能团含有Cl，Br或I中的一种或多种。
[0008]在一些实施例中，上述将MXene材料覆盖在金属铝或铝合金的表面的方法更具体的包括：将MXene分散液喷涂和/或涂覆于所述金属铝或铝合金表面，干燥后得到。
[0009]在一些实施例中，上述将MXene材料覆盖在金属铝或铝合金的表面的方法更具体的包括：将所述金属铝或铝合金浸渍于MXene分散液中，数次提拉后干燥。
[0010]在一些实施例中，上述将MXene材料覆盖在金属铝或铝合金的表面的方法更具体的包括：将MXene粉体覆盖于所述金属铝或铝合金的表面。
[0011]在一些实施例中，上述MXene分散液的浓度介于0.1mg/ml至500mg/ml。
[0012]在一些实施例中，上述MXene分散液包括MXene材料和溶剂。
[0013]在一些实施例中，上述MXene分散液由MXene材料和溶剂组成。
[0014]在一些实施例中，上述MXene分散液中的溶剂为水和/或醇类。
[0015]在一些实施例中，上述MXene材料的化学式表示为M
n+1
X
n
T
x
，其中1≤n≤4，其中，M选自过渡金属元素中的一种或多种；T代表官能团元素，X选自碳、氮和硼元素中的一种或多种。
[0016]在一些实施例中，上述金属铝或铝合金为箔状或片状。
[0017]在一些实施例中，上述加热处理的温度介于178℃至660℃；更优选地，介于200℃至600℃；再优选地，介于400℃至600℃。
[0018]在一些实施例中，上述加热处理的时间介于0.01min至48h；优选地，介于1min至12h；更优选地，介于1min至1h。
[0019]本专利技术第二方面提供一种上述的方法得到的涂层。
[0020]在一些实施方式中，上述涂层的厚度介于0.3nm至10μm；更优选地，介于1nm至5μm；再优选地，介于1nm至1μm。
[0021]在一些实施方式中，上述涂层中含有MAX相材料。
[0022]在一些实施方式中，上述涂层中含有MAX相材料和MXene材料。
[0023]在一些实施方式中，上述涂层的X射线衍射(XRD)谱图中含有MAX相材料的(002)，(004)、(104)、(110)晶面。
[0024]在一些实施方式中，上述涂层的元素分析表征结果显示包括：过渡金属元素，铝元素，碳和/或氮元素。
[0025]本专利技术第三方面提供一种铝箔，包括铝基层和与上述的涂层。
[0026]本专利技术第四方面提供一种铝箔，包括铝基体和与涂层，所述涂层中包括MAX相材料。
[0027]在一些实施方式中，上述涂层的X射线衍射(XRD)谱图中含有MAX相材料的(002)，(004)、(104)、(110)晶面。
[0028]在一些实施方式中，上述涂层的元素分析表征结果显示包括：过渡金属元素，铝元素，碳和/或氮元素。
[0029]在一些实施方式中，上述涂层由覆盖于所述铝基体表面的MXene材料在预定温度下进行加热处理得到；优选地，所述加热处理温度介于178℃至660℃；更优选地，介于200℃至600℃；再优选地，介于400℃至600℃。
[0030]在一些实施方式中，上述铝箔的元素分析表征结果，还包括卤族元素；优选地，所述卤族元素为Cl、Br、I。
[0031]本专利技术第五方面提供一种铝基集流体，所述铝基集流体上述的方法得到的涂层；或，上述的涂层。
[0032]在一些实施方式中，该铝基集流体为上述的铝箔。
[0033]本专利技术第六方面提供一种电极，包括上述的铝基集流体。
[0034]本专利技术第七方面提供一种电池，包括上述的电极，或，上述的铝基集流体。
[0035]本专利技术的有益技术效果在于：
[0036]本专利技术提出的方法能够在铝或铝合金的表面原位生长形成一层含有MAX相材料的
涂层，MAX相材料作为一种陶瓷，具有高导电和耐腐蚀的优点，形成的涂层提高铝或铝合金表面的耐腐蚀性能；本专利技术的方法还具有操作方便、工艺简单的优点，通过简单的分散和加热设备可以实施，有利于工业化放大生产，具有实用性。
[0037]本专利技术提供的铝基集流体作为锂离子和钠离子电池集流体时，能够以改善锂离子和钠离子电池中集流体被电解质腐蚀的问题，使得电池具有更稳定的循环性能和更长的循环寿命；还能够避免因为腐蚀导致的析出氢气产生的电池胀气的问题，也即能够抑制析氢，防止电池胀气，提升了电池的安全性能。
附图说明
[0038]图1为本专利技术实施例1中(a)复合铝箔(MX/Al)和(b)高温加热处理后得到的涂层铝箔(MAX/Al)的表面照片，可以看到高温处理后，MXene膜由深蓝色转变为灰色。
[0039]图2为本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铝表面原位生长涂层的方法，其特征在于，所述方法步骤包括：将MXene材料覆盖金属铝或铝合金的表面，然后在预定温度下进行加热处理；所述MXene材料的官能团含有F、Cl，Br或I中的一种或多种；优选地，所述MXene材料的官能团含有Cl，Br或I中的一种或多种。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆盖的方法更具体的包括：将MXene分散液喷涂和/或涂覆于所述金属铝或铝合金表面，干燥后得到；和/或，所述覆盖方法更具体的包括：将所述金属铝或铝合金浸渍于MXene分散液中，数次提拉后干燥；和/或，所述覆盖方法更具体的包括：将MXene粉体覆盖于所述金属铝或铝合金的表面。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述MXene分散液的浓度介于0.1mg/mL至500mg/mL；和/或，所述MXene分散液包括MXene材料和溶剂；或，所述MXene分散液由MXene材料和溶剂组成；优选地，所述溶剂为水和/或醇类。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MXene的化学式表示为M
n+1
X
n
T
x
，其中1≤n≤4，其中，M选自过渡金属元素中的一种或多种；T代表官能团元素，X选自碳、氮和硼元素中的一种或多种；和/或，所述金属铝或铝合金为箔状或片状。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热处理的温度介于178℃至660℃；更优选地，介于200℃至600℃；再优选地，介于400℃至600℃；和/或，所述加热处理的时间介于0.01min至48h；优选地，介于1min至12h；更优选地，介于1min至1h。6.一种如权利要求1至5中任一项所述的方法得...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨树斌，程宗举，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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