[发明专利]一种MXene-CoTe复合隔膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种MXene‑CoTe复合隔膜材料及其制备方法与应用，属于电化学电池技术领域。本发明的MXene‑CoTe复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)以Ti₃AlC₂为原料，通过化学蚀刻‑插层技术，除掉Al层部分，然后将其分散制备少层MXene悬浮液；(2)取所述少层MXene悬浮液加入到水和N,N‑二甲基甲酰胺混合液中；然后加入钴盐、亚碲酸钠、碱、水合肼溶液和阴离子表面活性剂，反应，洗涤后干燥，得到所述MXene‑CoTe复合材料。本发明的复合隔膜材料应用于高温和贫液下的锂硫电池，展现出好的循环稳定性，优异的倍率性能和超高的面容量。

技术领域

本发明涉及电化学电池技术领域，具体涉及的是一种MXene-CoTe复合隔膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂二次电池具有高的理论比容量、高的理论能量密度以及成本低廉、环境友好等优点。然而，锂二次电池中常用的Celgard隔膜具有差的热稳定性、机械强度以及低的电解液浸润性，同时难以抑制锂枝晶的形成，导致锂二次电池差的热稳定性和安全性。此外，作为锂二次电池的代表之一，锂硫电池在高温和贫液条件下，多硫化物转化动力学滞后，液相多硫化物累积加剧，导致低的硫利用率和严重的穿梭行为，从而使锂硫电池面临差的循环稳定性、差的倍率性能和低的能量密度。

为了解决上述问题，现有技术中通常构筑具有电催化功能的耐热隔膜材料，其不仅可以加速多硫化物转化，缓解多硫化物在电解液中的累积和穿梭行为，而且可以提高隔膜的耐热性和浸润性，抑制锂枝晶形成，保证锂二次电池的优异的热稳定性和安全性。MXene作为一种新兴的二维材料，通过调控本体的官能团，可以实现高的硫催化活性和强的亲锂性。然而，由于范德华力的作用，MXene纳米片容易团聚和堆积，导致催化多硫化物转化的官能团表面大量损失。同时，过渡金属硫/硒化合物具有低的导电性和差的热稳定性，导致电化学反应过程中低的催化活性和差的结构稳定性。

目前亟需制备一种新型过渡金属硫族化合物/MXene复合材料，解决过渡金属硫族化合物的结构稳定性和MXene自堆积问题，提高复合材料的导电性、催化活性和比表面积，加速多硫化物的转化反应，抑制锂枝晶形成的复合隔膜材料。

发明内容

本发明提供了一种MXene-CoTe复合隔膜材料及其制备方法与应用，本发明的复合隔膜材料解决了过渡金属硫族化合物的结构稳定性和MXene的自堆积问题，提高了复合材料的导电性和催化活性，能加速多硫化物的转化反应，抑制锂枝晶形成。此外，该复合隔膜材料能提高Celgard隔膜的耐热性，润湿性和机械强度；将复合隔膜材料应用于高温和贫液下的锂硫电池，展现出好的循环稳定性，优异的倍率性能和超高的面容量，显著提高了高比能锂二次电池的热稳定性和安全性。

本发明首先提供了一种MXene-CoTe复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)以Ti₃AlC₂为原料，通过化学蚀刻-插层技术，除掉Al层部分，然后将其分散制备少层MXene悬浮液；

(2)取所述少层MXene悬浮液加入到水和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)混合液中；然后加入钴盐、亚碲酸钠、碱、水合肼溶液和阴离子表面活性剂，反应，洗涤后干燥，得到所述MXene-CoTe复合材料。

上述的制备方法中，所述化学蚀刻-插层技术所用的蚀刻剂为氢氟酸、氯化钙、硫酸和盐酸中的至少一种；

所述化学蚀刻-插层技术所用的插层剂选自乙醇、四甲基氢氧化铵和二甲基亚砜中的一种。

步骤(1)中，所述分散用的分散剂为水；具体可为去离子水。