[发明专利]自支撑MXene/Si复合负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自支撑MXene/Si复合负极材料及其制备方法和应用，其中，该方法包括：将盐酸、氟化锂和MAX相混合进行反应；再将反应后液进行离心和洗涤，以便得到MXene悬浮液；然后将MXene悬浮液与硅纳米球进行混合；最后将得到的混合后液施加在基膜上进行抽滤，以便得到自支撑MXene/Si复合负极材料。采用该方法制备得到的自支撑MXene/Si复合负极材料能有效提高锂离子电池负极的比容量、循环性能以及导电性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种自支撑MXene/Si复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石能源的枯竭以及环境污染问题的不断加剧，绿色能源逐渐进入人们的视野。其中以锂离子电池为代表的储能器件逐渐出现在生活的各个领域，小到各种数码设备大到电动汽车的运行都离不开这些储能器件的支持。

与传统的二次电池相比，锂离子电池具有电压高(～3.9V)、比能量高(～200Wh/kg)、工作温度范围宽(-40～70℃)、比功率大、放电平稳、存储时间长等显著优点，因此成为目前应用最广泛的储能技术。但为了进一步满足社会发展的需求，开发高能量密度和高功率密度的锂离子电池仍然是未来发展的主要趋势。而正负极材料作为电池的重要组成部分，对电池性能的表现具有决定性作用。

硅是锂离子电池中最理想的负极材料之一，它具有较高的比容量(在温和的温度下为3579mAh·g^-1)、较低的工作电位以及丰富的天然储备量。但是硅作为锂离子电池负极材料也有缺点，硅是半导体材料，自身的电导率较低。在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300％以上的膨胀与收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低。此外，由于这种体积效应，硅在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，伴随着电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。

因此，现有的锂离子电池负极材料有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种自支撑MXene/Si复合负极材料及其制备方法和应用，采用该方法制备得到的自支撑MXene/Si复合负极材料能有效提高锂离子电池负极的比容量、循环性能以及导电性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备自支撑MXene/Si复合负极材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将盐酸、氟化锂和MAX相混合进行反应；

(2)将反应后液进行离心和洗涤，以便得到MXene悬浮液；

(3)将所述MXene悬浮液与硅纳米球进行混合；

(4)将步骤(3)得到的混合后液施加在基膜上进行抽滤，以便得到自支撑MXene/Si复合负极材料。