[发明专利]一种MXene基柔性自支撑电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种MXene基柔性自支撑电极材料及其制备方法，包括：将MXene与活性物质混合液，抽滤，揭膜制得；本发明方法制备的柔性电极材料具有优异的导电性，以及规整的二维结构等特点，且通过MXene表面的‑OH，‑COOH等一系列基团与活性物质之间形成的氢键作用力，可一定程度抑制活性物质在电解液中的溶解行为，提高了材料的电化学性能以及活性位点利用率。

技术领域

本发明属于锂电池电极材料及其制备领域，特别涉及一种MXene基柔性自支撑电极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)，自上世纪90年进入市场以来，越来越受到人们的关注，目前其已经广泛应用在各个移动通讯领域之中。然而，含过渡族金属元素(Li，Ni，Co等)的传统正极材料的大量使用，所引发的资源紧缺和绿色回收技术受限的问题亟需得到解决。因此，有机正极材料因其来源广泛，结构设计多样以及易于加工而受到科研工作者的密切关注。其中，共轭羰基类化合物嵌锂电压平台较高，合成较为简便，被认为是下一代锂电池电极材料的佼佼者。然而，共轭羰基类化合物在极性非水电解液中存在一定的溶解现象，进而导致较差的循环性能，严重制约了此类电极材料的应用。在当今世界，随着柔性电子技术的迅速发展，对小型化以及具有可弯曲性能的电池的需求日益紧迫。同时，可穿戴设备、可折叠手机屏等一系列电子产品的问世，更是引发了世界广大科研人员对柔性电子技术的密切关注。其中，锂电池作为此类产品的关键组成部分，设计并开发高性能柔性锂电池将很大程度地推动该领域的发展。

柔性锂电池具有优异的力学性能、可弯曲性能和电学性能等一系列优点，而柔性电极材料的设计与制备是其中最为关键的组成部分。此外，传统的锂离子电池电极的制备一般是通过将活性物资与导电剂以及粘结剂混合后，涂覆在集流体上，这导致了其不可折叠，或者弯折后易短路等的缺点，已经不能满足柔性电子技术的要求。与传统电极相比，柔性电极材料不需要引入集流体、粘结剂等非活性组成部分,避免了在弯曲等情况下活性物质脱离集流体的情况,而且可以提升锂电池的能量密度。

公开号为CN107565113A的中国专利公开了复合电极材料及其制备方法以及复合电极、锂离子电池，该发明是在柔性电极材料上附着导电高分子聚合膜层，有效缓解了材料充放电过程中的体积效应。但是，其制备方法较为繁琐且高分子膜层的导电性有限，不利于材料整体电化学性能的发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种MXene基柔性自支撑电极材料及其制备方法，克服现有技术的制备方法较为繁琐且高分子膜层的导电性有限，不利于材料整体电化学性能的发挥的缺陷。本发明中通过将活性物质超声分散于具有优异导电性的二维材料MXene 中，经真空抽滤，揭膜制得。该电极材料具有优异的导电性，以及规整的二维结构，从而提高了材料的电化学性能以及活性位点利用率。

本发明的一种MXene基柔性自支撑电极材料，所述电极材料以包含MXene、活性物质为原料，通过抽滤获得。

所述活性物质为1,4,5,8-萘四甲酸酐NTCDA和/或1,4,5,8-萘二酰亚胺NDI。

活性物质1,4,5,8-萘四甲酸酐NTCDA的结构式为：

1,4,5,8-萘二酰亚胺NDI的结构式为：

所述电极材料中活性物质质量百分比50％～80％，MXene质量占百分比20％～50％。

进一步，所述柔性电极材料总质量控制为50mg，所述活性物质质量占比50％～80％，所述MXene质量占比20％～50％。

本发明的一种MXene基柔性自支撑电极材料的制备方法，包括：

(1)在高纯氩气保护下及带有导气塞的三颈烧瓶中，将活性物质均匀分散于水中，然后加入MXene分散液，超声处理混合均匀，得到混合液；

(2)在高纯氩气保护下，将上述混合液进行真空减压抽滤，并真空干燥处理，揭膜，得到MXene基电极材料。