[发明专利]一种部分刻蚀的MAX材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种材料及其制备方法和应用。用部分刻蚀的MAX材料中的层间凹坑作为金属锂的“宿主”，用部分刻蚀的MAX中层间残留的亲锂性的“A”层作为成核剂，诱导锂在层间的均匀沉积和缓解电极的体积膨胀，最终提高金属锂负极稳定性。采用部分刻蚀的MAX中的层间凹坑作为金属锂的“宿主”，锂的沉积、分布更加均匀，缓解了电极在充放电过程中的体积膨胀效应。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂金属电池由于具有较高的能量密度被认为是最有前途的储能设备之一。锂金属电池采用金属锂作为负极材料。金属锂作为负极材料具有很多优势，包括高理论比容量(3860mAh/g)、超低的电化学电势(-3.04V/vs.标准氢电极)、轻质(0.534g/cm³)、导电性好等。但是，金属锂负极还存在一些问题，比如锂枝晶的生长、大的体积膨胀效应、不稳定的固态电解质界面(SEI)、较高的化学反应活性等。这些问题严重阻碍了金属锂负极在锂金属电池中的应用。

目前，研究者们已经提出了很多改性金属锂负极的策略，比如设计三维集流体、为金属锂设计“宿主”、隔膜改性、电解质改性、设计人工SEI、使用成核剂等。这些方法在一定程度上提高了金属锂负极的稳定性。但是，发明人研究发现：目前报道的很多改性策略比较单一，只考虑了金属锂负极存在的某一个问题，不能综合改善金属锂负极的沉积过程和电化学性能稳定性。但是目前报道的大多数方法是从MXene的负载、改性、结构设计角度出发，制备工艺复杂，不能充分利用MAX材料的特点。此外，锂在手风琴状MXene材料表面沉积时，会优先沉积在片层结构的表面或边缘位置，很难沉积到层间内部区域，极易造成不均匀的锂沉积和锂枝晶的生长，进而降低金属锂负极的稳定性。

发明内容

为了解决现有技术存在的MAX的刻蚀工艺复杂，效果欠佳的问题，本发明提出一种部分刻蚀的MAX材料及其制备方法和应用，用部分刻蚀的MAX材料中的层间凹坑作为金属锂的“宿主”，用部分刻蚀的MAX中层间残留的亲锂性的“A”层作为成核剂，诱导锂在层间的均匀沉积和缓解电极的体积膨胀，最终提高金属锂负极的稳定性。

具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：

本发明第一方面，提供一种部分刻蚀的MAX材料，所述部分刻蚀的MAX材料为片层结构，片层上有凹坑，无通孔。

本发明第二方面，提供一种部分刻蚀的MAX材料的制备方法，包括：采用刻蚀法对MAX材料进行部分刻蚀使得片层上有凹坑，无通孔。

本发明第三方面，提供一种高稳定金属锂负极材料，包括：金属锂、集流体和权利要求1所述部分刻蚀的MAX材料。

本发明第四方面，提供一种高稳定金属锂负极材料的制备方法，包括：将部分刻蚀的MAX材料涂覆在集流体上，再将金属锂沉积到涂有部分刻蚀MAX的集流体上，即可。

本发明第五方面，提供一种部分刻蚀的MAX材料和/或高稳定金属锂负极材料在锂电池、电动汽车、智能电网、移动储能装置中的应用。

本发明第六方面，提供一种锂电池，包括部分刻蚀的MAX材料和/或高稳定金属锂负极材料。

本发明第七方面，提供一种电动交通工具，包括部分刻蚀的MAX材料和/或高稳定金属锂负极材料。

本发明第八方面，提供一种智能电网，包括部分刻蚀的MAX材料和/或高稳定金属锂负极材料。

本发明第九方面，提供一种移动储能装置，包括部分刻蚀的MAX材料和/或高稳定金属锂负极材料。

本发明一个或多个实施例具有以下有益效果：