一种MXene基复合正极材料的制备方法及应用与流程

专利2026-08-18  11


本申请涉及电池材料,尤其涉及一种mxene基复合正极材料的制备方法,还涉及该mxene基复合正极材料的应用。


背景技术:

1、锂硫电池(lsbs)的正极材料硫或硫基复合材料凭借其高能量密度和理论比容量,成为近年来储能领域的研究重点。但其仍然存在一些导致电池循环性能和倍率性能差的缺点,例如:硫及其放电产物li2s导电性能极差,会导致较大的电化学极化和电池阻抗;多硫化物在电解液中扩散和迁移产生“穿梭效应”沉积到负极,腐蚀金属锂,使活性物质严重损失;由于硫和硫化锂的密度存在差异,在循环过程中硫负极会发生严重的体积膨胀,造成电极结构的破坏。

2、为了解决以上问题,研究人员采用比表面积高、结构可控、导电性能优异的碳材料用于构建新型的硫复合电极材料。但是,非极性的碳材料与极性多硫化物之间的弱相互作用力不足以阻止多硫化物的“穿梭效应”。此外,碳基材料与多硫化物之间的亲和力较差,阻碍了界面电荷的传输,减缓了多硫化物的反应动力学。因此,亟需寻找高能量密度和长循环寿命的正极材料以满足当前社会发展的需求。


技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种mxene基复合正极材料的制备方法,旨在解决现有技术下制备的锂硫电池循环和倍率性能差的技术问题。

2、本申请实施例还提供一种mxene基复合正极材料的应用。

3、为了实现上述目的,本发明实施例的技术方案是:

4、第一方面,本发明实施例公开了一种mxene基复合正极材料的制备方法,包括步骤:

5、将mxene(ti3c2tx)纳米片超声分散在去离子水中,得到mxene水分散液;

6、将co(no3)2·6h2o和zn(no3)2·6h2o溶解在甲醇中,混合均匀,得到co(no3)2·6h2o/zn(no3)2·6h2o/甲醇溶液;

7、将咪唑类化合物溶解在甲醇中,得到咪唑类化合物/甲醇溶液;

8、将所述co(no3)2·6h2o/zn(no3)2·6h2o/甲醇溶液逐滴加入所述mxene水分散液,混合均匀,得到混合液-1;

9、氮气氛下,将所述咪唑类化合物/甲醇溶液缓慢滴入所述混合液-1,得到混合液-2;

10、t1温度下,使所述混合液-2发生原位生长反应,得到反应液-1;

11、将所述反应液-1离心、洗涤、干燥,t2温度下焙烧,得到mxene/c-con;

12、将硫粉和所述mxene/c-con研磨混合,在t3温度下熔融,得到mxene/c-con/s混合物;

13、t4温度下,将所述mxene/c-con/s混合物真空干燥,即得mxene/c-con/s复合电极材料。

14、结合第一方面,在一种可能的实施方式中,所述咪唑类化合物包括咪唑、2-甲基-1h-咪唑、2-甲基咪唑、2-甲酰基咪唑、2-(2-吡啶)-苯并咪唑中的一种或几种混合。

15、结合第一方面,在一种可能的实施方式中,所述mxene水分散液的浓度为0.1-200mg/ml。

16、结合第一方面,在一种可能的实施方式中,所述co(no3)2·6h2o、zn(no3)2·6h2o和甲醇的添加比例为1:0.5-4:50,g:g:ml。

17、结合第一方面,在一种可能的实施方式中,所述咪唑类化合物和甲醇的添加比例为0.1-5:50,g:ml。

18、结合第一方面,在一种可能的实施方式中,所述发生原位生长反应的t1温度为10-45℃,时间为1-12h。

19、结合第一方面,在一种可能的实施方式中,所述焙烧的t2温度为200-800℃,时间为1-6h。

20、结合第一方面,在一种可能的实施方式中,所述熔融的t3温度为100-200℃,时间为1-16h。

21、第二方面,本发明实施例公开了一种电池正极,包括如上所述制备方法制得的mxene/c-con/s复合电极材料。

22、第三方面,本发明实施例公开了一种mxene基复合正极材料的应用,其特征在于,如上所述制备方法制得的mxene/c-con/s复合电极材料可应用于锂硫电池领域。

23、本发明实施例中提供的技术方案,至少具有如下技术效果或优点:

24、本发明的制备方法,通过在mxene片层上原位生长co-zn-mof制备钴氮共掺杂的多孔材料mxene/c-con,并采用熔融扩散法负载硫得到mxene/c-con/s复合电极材料,大幅提高了复合电极材料的导电性,抑制多硫化物在电解液中扩散和迁移产生“穿梭效应”,有助于实现高能量密度和长循环寿命的正极材料的规模化生产和应用。



技术特征:

1.一种mxene基复合正极材料的制备方法,其特征在于,包括步骤:

2.根据权利要求1所述的复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述咪唑类化合物包括咪唑、2-甲基-1h-咪唑、2-甲基咪唑、2-甲酰基咪唑、2-(2-吡啶)-苯并咪唑中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述mxene水分散液的浓度为0.1-200mg/ml。

4.根据权利要求1所述的复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述co(no3)2·6h2o、zn(no3)2·6h2o和甲醇的添加比例为1:0.5-4:50,g:g:ml。

5.根据权利要求1所述的复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述咪唑类化合物和甲醇的添加比例为0.1-5:50,g:ml。

6.根据权利要求1所述的复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述发生原位生长反应的t1温度为10-45℃,时间为1-12h。

7.根据权利要求1所述的复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述焙烧的t2温度为200-800℃,时间为1-6h。

8.根据权利要求1所述的复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述熔融的t3温度为100-200℃,时间为1-16h。

9.一种电池正极,其特征在于,包括如权利要求1-8任一项所述制备方法制得的mxene/c-con/s复合电极材料。

10.一种mxene基复合正极材料的应用,其特征在于,权利要求1-8任一项所述制备方法制得的mxene/c-con/s复合电极材料可应用于锂硫电池领域。


技术总结
本申请公开了一种MXene基复合正极材料的制备方法及应用,包括:将MXene(Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;)纳米片超声分散获得MXene水分散液;在MXene纳米片的片层表面原位生长钴锌双金属有机框架,焙烧,得到钴氮共掺杂的多孔材料MXene/C‑CoN;将硫化物和MXene/C‑CoN混合,研磨后加热干燥,得到MXene/C‑CoN/S复合电极材料。本申请还公开了该复合正极材料的应用。本申请在MXene片层上原位生长Co‑Zn‑MOF制备MXene/C‑CoN,并采用熔融扩散法负载硫得到MXene/C‑CoN/S复合电极材料,大幅提高复合电极材料的导电性,抑制多硫化物在电解液中扩散和迁移产生“穿梭效应”。

技术研发人员:梁嘉杰,米晓茜,彭亚玲
受保护的技术使用者:徐州纳烯新材料研究院有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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