[发明专利]MXene-硅复合负极材料、含其的电池及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种MXene-硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括：将表面带正电荷的纳米硅粉与表面带负电荷的Mxene在液相条件下混合，即得；

其中，所述MXene与纳米硅粉的质量比为1-10；

所述纳米硅粉的粒径为10-150nm。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene与纳米硅粉的质量比为1-9；

和/或，所述纳米硅粉的粒径为35-120nm；

和/或，所述MXene的分子式为M_a+1X_a；其中，M选自Ti、Zr、Nb、Cr、Mo、V、Ta中的一种；X为碳或氮；a为1、2或3；

较佳地，所述MXene与纳米硅粉的质量比为2-6；和/或，所述MXene的分子式为Ti₃C₂或Nb₂C。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面带正电荷的纳米硅粉与表面带负电荷的Mxene在液相条件下混合是指：将表面带正电荷的纳米硅粉悬浊液滴加到表面带负电荷的MXene悬浊液中混合；

较佳地，所述MXene悬浊液中MXene的质量分数为20％-60％，所述纳米硅粉悬浊液中纳米硅粉的质量分数为10％-80％；

更佳地，所述MXene悬浊液中MXene的质量分数为30％，所述纳米硅粉悬浊液中纳米硅粉的质量分数为30％。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表面带负电荷的Mxene悬浊液通过将表面带负电荷的MXene分散在含表面活性剂的水溶液中制得；和/或，所述表面带正电荷的纳米硅粉悬浊液通过将中性的纳米硅粉分散在阳离子表面活性剂的乙醇水溶液中制得；

较佳地，所述含表面活性剂的水溶液中表面活性剂为甲基氢氧化铵和/或十二烷基苯磺酸钠；和/或，所述阳离子表面活性剂为三烷基氯化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵、三十六烷基甲基氯化铵中的一种或多种；和/或，所述分散为超声分散；

更佳地，所述含表面活性剂的水溶液中表面活性剂为甲基氢氧化铵；和/或，所述阳离子表面活性剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵。

5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括：所述混合通过搅拌或超声处理进行；

较佳地，所述搅拌的转速为300-800rpm；所述超声的功率为100-500W；

更佳地，所述搅拌的转速为500rpm；所述超声的功率为200W。

6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述表面带负电荷的MXene通过下述步骤制得：

将陶瓷相前驱体MAX依次进行酸刻蚀和水洗制得具有手风琴结构的表面带负电荷的MXene；

较佳地，所述酸刻蚀使用的试剂为质量分数为10-50％的HF或LiF+HCl，所述酸刻蚀的温度为35-45℃，所述酸刻蚀的时间为1-24h，所述酸刻蚀通过搅拌实现，所述搅拌的转速为300-800rpm；和/或，所述水洗是指：使用去离子水洗涤所述酸刻蚀后的MXene，直至洗涤后液体的pH为6.8-7.2；

更佳地，所述酸刻蚀使用的试剂为质量分数为40％的HF，所述酸刻蚀的温度为40℃，所述酸刻蚀的时间为18h，所述搅拌的转速为600rpm；和/或，所述水洗后还包括干燥的步骤；

进一步更佳地，当所述酸刻蚀使用的试剂为HF时，HF的用量为10mL/g MAX，当所述酸刻蚀使用的试剂为LiF+HCl时，LiF的用量为3g/g MAX，HCl的用量为10mL/g MAX。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷相前驱体MAX通过以下步骤制备：

将过渡金属、主族金属、含碳化合物或含氮化合物在高温下烧结，即得；

其中，所述过渡金属为Ti、Cr、Ta、Zr、Nb、Mo和V中的一种、两种或三种；

所述主族金属为Al、Ga、Ge、Sn、In中的一种或两种；

所述含碳化合物为碳或过渡金属碳化物；

所述含氮化合物为氮或过渡金属氮化物；

所述高温为600-1200℃。