[发明专利]MXene粒子材料、浆料、二次电池、透明电极、MXene粒子材料的制造方法

说明书

本发明应解决的课题在于提供具有导电性的MXene粒子材料及其制造方法。本发明提供一种粒子材料，由具有M_aAl_bX_c表示的组成的MXene粒子材料构成，式中的M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中的1种以上的元素，X由选自C、[C_(1－x)N_x(0＜x≤1)]中的1种以上的结构构成。a为2或3，b大于0.02，c在a为2时为0.8～1.2、在a为3时为1.8～2.6。而且，厚度的平均值为3.5nm～20nm，大小[(长边+短边)/2]的平均值为50nm～300nm。对于具有上述组成的MXene粒子材料，通过使粒子为上述大小和厚度，能够制成电特性、机械特性优异的MXene粒子材料。

技术领域

本发明涉及粒子材料及其制造方法、以及具有该粒子材料的浆料、二次电池、透明电极。

背景技术

一直以来已知有由通过酸处理从作为层状化合物的Ti₃AlC₂等MAX相陶瓷粉末除去Al而得到的MXene层状化合物构成的粒子材料(本说明书中有时适当地称为“MXene粒子材料”，或者称为“层状化合物粒子材料”，或者简称为“粒子材料”)(专利文献1、2、3、4)。这些MXene层状化合物由于能够在除去了Al层的空隙层储藏/脱离Na离子、Li离子，因此，可期待在二次电池(蓄电池)的负极活性物质材料中的应用，另外，由于导电性优异，因此，可期待在透明导电膜材料等中的应用。

MAX相陶瓷为层状化合物，通式表示为M_n+1AX_n。式中的M由过渡金属(Ti、Sc、Cr、Zr、Nb等)构成，A由A组元素构成，X由C或[C_(1.0－x)N_x(0＜x≤1.0)]构成，n由1～3构成。

其中，将A设为Al时，与M－X键相比，M－A或A－X键较弱，因此，可通过酸处理选择性地除去Al层。通过在HF水溶液、或者35℃～45℃的LiF+HCl水溶液或KF+HCl水溶液中浸渍15小时～30小时，从而将Al层溶解，水洗后，利用三根辊将沉降物(MXene粘土)膜化，并尝试了在二次电池的负极活性物质材料、电磁波吸收材料、气体分离膜等产业中利用。

此外，报告了将水洗后的沉降物(MXene粘土)替换于乙醇等醇后，进行超声波照射，采取其上清液，从而可得到进行了层间剥离的具有薄片状形态的MXene粒子材料，并尝试了在二次电池的负极活性物质材料、透明导电膜中利用。

根据用途，是均匀地剥离的MXene粒子材料，并且高分散于有机溶剂中而成的浆料是必需的。在现有技术中，对MAX相陶瓷粉末进行酸处理，将Al层完全除去后，替换于有机溶剂后，通过利用超声波照射的方法进行剥离。如果对溶剂照射超声波，则产生空化(Cavitation)，通过其压坏而使粉体彼此碰撞，通过该机制进行构成层状化合物的层的剥离。

然而，即便使用容易产生空化的水，进行剥离的也仅是一部分。此外，如果使用水，则也存在MXene粒子材料的一部分表面氧化而电阻增加这样的课题。另外，根据用途，需要在不易产生空化的有机溶剂中进行超声波照射。

经过我们的研究，可知一直以来进行的在HF水溶液或35℃～45℃的氟化盐+盐酸中浸渍15小时～30小时时，虽然能够完全除去Al，并能够剥离至几层晶胞，但另一方面，表面的一部分氧化而导致电阻增加。我们进行了深入研究，结果可知如果在20℃～30℃的氟化盐+盐酸水溶液中浸渍12小时～30小时，则可得到虽然残留Al但低电阻的MXene粒子材料。但是，存在利用以往的超声波照射等剥离方法几乎无法剥离的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－63171号公报

专利文献2：日本特开2017－76739号公报