CN110304922A - 多元导电陶瓷材料的制备方法及其储能材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法及其储能材料。所述方法包括：根据化学计量比，直接形成原料混合物，多元导电陶瓷材料的结构式为(M1‑xYx)n+1ACn，其中，n＝1、2或3，0≤x≤1，M和Y为过渡金属元素，A为原子序数为13以上的IIIA或IVA元素，C为碳；惰性气氛下，将原料混合物在熔融熔盐中反应，反应结束后冷却，得产物混合物；去除产物混合物中的熔盐，得具有层状结构的多元导电陶瓷材料。本发明能够解决现有的多元导电陶瓷材料合成温度高、制备工艺和设备复杂且成本高等问题中的一项或多项，并且具有快速、高效、节能、环保、成本低廉又易于实现大规模生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及导电陶瓷材料制备技术领域，具体来讲，涉及一种能够低能耗和(或)低成本地制备具有层状结构的多元导电陶瓷材料的方法，以及一种包含该具有层状结构的多元导电陶瓷材料的电池材料和包含该多元导电陶瓷材料的超级电容器。
背景技术
通常，材料涉及的领域极为广泛，举凡国家的工农业建设和国防建设、人民生活水平的提高，无不与材料密切相关，因此人们把材料誉为现代文明的三大支柱之一。
近些年，一类具有层状结构的三元陶瓷由于兼有陶瓷和金属的优良性能而受到了国内外材料科学研究者的重视。这种可加工导电陶瓷是一种密排六方的碳化物或氮化物，且具有明显各向异性。三元层状陶瓷结合了金属和陶瓷的优异性能：三元层状陶瓷像金属一样具有良好的导电和导热性，较低的Vickers硬度和较高的弹性模量和剪切模量，易于机械加工，并在高温时具有可塑性；像陶瓷一样又具有高屈服强度、高熔点、良好的抗热震性和抗氧化性能。因而可以预期三元层状陶瓷将成为重要的集结构与功能一体化的高性能陶瓷，广泛应用在机电、仪表、冶金、化工、汽车、船舶、航空航天等领域。
目前，制备三元层状陶瓷的方法主要有高温自蔓延反应法(SHS)、热压法(HP)、热等静压法(HIP)、放电等离子烧结法(SPS)、无压烧结法、真空烧结法、机械辅助合金化法、以及脉冲放电烧结法(PDS)等。但是，这些方法均具有设备复杂、能耗高、效率低等缺点中的至少一项。此外，制备的三元层状陶瓷材料由于高温烧结作用多为微米级粉体，且颗粒之间团聚严重。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于解决现有的三元导电陶瓷材料合成温度高、制备工艺和设备复杂、以及成本高等问题中的一项或多项。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：根据所述多元导电陶瓷材料的化学计量比，直接将第一原料粉末与第二原料混合形成原料混合物，其中，所述第一原料为碳材料，所述多元导电陶瓷材料的结构式为(M1-xYx)n+1ACn，其中，n＝1、2或3，x在不小于0且不大于1的范围内，M和Y分别为过渡金属元素，A为原子序数为13以上(包括13)的IIIA或IVA元素，C为碳元素；在惰性气氛下，将所述原料混合物在熔融态熔盐中反应，待反应结束后冷却，获得含有反应产物与固态熔盐的混合物；去除所述产物混合物中的熔盐，得到具有层状结构的多元导电陶瓷材料。这里，所述第一原料可以为纳米尺度碳材料、微米尺度碳材料和毫米尺度的碳材料中的至少一种。例如，所述第一原料可以为石墨烯、纳米碳管和纳米尺度碳颗粒中的至少一种。
在本发明的一个示例性实施例中，所述制备方法通过控制所述碳材料的尺寸和形貌来获得具有期望尺寸和形貌的多元导电陶瓷材料。另外，所述制备方法也可通过控制所述碳材料的尺寸为毫米尺度、微米尺度或纳米尺度来分别获得具有相应尺寸的多元导电陶瓷材料。
在本发明的一个示例性实施例中，所述第二原料可以为从由元素M、Y和A的单质或化合物、M与C的化合物、Y与C的化合物、Mm+1ACm、Ym+1ACm或(M1-xYx)m+1ACm组成的组群中选择的至少一种，其中，m＝1、2或3，且m小于或等于n。
在本发明的一个示例性实施例中，所述反应的温度可以为750℃以上。例如，所述反应的温度可以为800℃～1000℃。
在本发明的一个示例性实施例中，所述原料混合物的重量可以为熔融态熔盐重量的2.5～60％。
本发明的另一方面提供了一种电池材料。所述电池材料包括导电添加剂和电极材料中的一种或多种，所述导电添加剂可含有如上所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料，所述电极材料可含有如上所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料。这里，制备所述多元导电陶瓷材料所使用的第一原料可以为纳米尺度碳材料或微米尺度碳材料。例如，所述多元导电陶瓷材料可以为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜或纳米块体。
本发明的又一方面提供了一种超级电容器。所述超级电容器包括电极材料，所述电极材料包含如上所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料，或者，所述电极材料由如上所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料制成。这里，制备所述多元导电陶瓷材料所使用的第一原料可以为纳米尺度碳材料或微米尺度碳材料。例如，所述多元导电陶瓷材料可以为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜或纳米块体。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下中的至少一项：原料成本和工艺成本低廉、工艺流程简单、安全可靠、绿色无污染、便于大规模生产等。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和(或)其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法的一个示例性实施例的流程示意图；
图2示出了根据本发明的制备方法的一个示例性实施例制得的Ti3AlC2纳米粉体的XRD图谱；
图3示出了图2中的Ti3AlC2纳米粉体的SEM图；
图4示出了图2中的Ti3AlC2纳米粉体的TEM图；
图5示出了根据本发明方法的另一个示例性实施例制得的Ti2AlC纳米粉体的XRD图谱；
图6示出了图5中的Ti2AlC纳米粉体的SEM图；
图7示出了图5中的Ti2AlC纳米粉体的TEM图；
图8和9分别示出了根据本发明方法的又一个示例性实施例制得的Ti3AlC2纳米管的TEM图和SEM图。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法、以及使用该多元导电陶瓷材料的电池材料和使用该多元导电陶瓷材料的超级电容器。
图1示出了本发明具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法的一个示例性实施例的流程示意图。
如图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，具有层状结构的多元(例如，三元或四元)导电陶瓷材料的制备方法可通过以下步骤来实现：
(1)形成原料混合物
根据多元导电陶瓷材料的化学计量比，直接将第一原料粉末与第二原料混合形成原料混合物，且第一原料为碳材料。其中，多元导电陶瓷材料的结构式为(M1-xYx)n+1ACn，其中，n＝1、2或3，x在不小于0且不大于1的范围内选择。M和Y分别为一种过渡金属元素且M和Y不为同种元素。例如，M和Y分别可以为诸如钪(Sc)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钼(Mo)或钨(W)等过渡金属元素。A为原子序数为13以上的IIIA或IVA元素，例如，铝(Al)和硅(Si)。C为碳元素。
在一个示例性实施例中，第二原料可以根据多元导电陶瓷材料的化学计量比来确定其种类和在原料混合物中的配比，第二原料可以包括一种物质或两种以上的物质。值得注意的是，在形成原料混合物的过程中，直接对第一原料粉末和第二原料进行混合即可，而无需对原料及其混合物进行预处理(例如，预烧结、压制成型)，也无需形成前驱体。这有利于提高生产效率，降低生产成本。在一个示例性实施例中，在x等于0的情况下，多元导电陶瓷材料的结构式可以为Mn+1ACn，例如，Ti3AlC2、Ti2AlC或Nb2AlC等。在x大于0且小于1的情况下，多元导电陶瓷材料的结构式可以为(Nb1-xTix)2AlC、(Nb1-xTix)3AlC2、(V1-xCrx)3AlC2、(V1- xCrx)2AlC、(Zr1-xTix)3AlC2或(Zr1-xTix)2AlC等。
具体来讲，可通过将第一原料的粉末和第二原料直接混合来获得原料混合物。第一原料粉末可以为诸如石墨烯、纳米碳管、纳米尺度碳颗粒等纳米尺度的碳材料粉末，也可以为微米尺度的碳材料粉末，也可以为毫米尺度的碳材料颗粒。例如，第一原料粉末可以为导电碳黑、乙炔黑、中孔碳、微孔碳球、层次孔碳、活性碳、空心碳球、无定形碳或碳纤维中的一种或多种。第二原料可以为从由元素M、Y和A的单质或化合物、M与C的化合物、Y与C的化合物、Mm+1ACm、Ym+1ACm或(M1-xYx)m+1ACm组成的组群中选择的一种或多种，其中，m＝1、2或3，且m小于或等于n。也就是说，第二原料可以为从由过渡金属(例如，M和/或Y)的单质或合金、Al或Si的单质、过渡元素(例如，M和/或Y)与Al或Si构成的二元化合物、过渡元素(例如，M和/或Y)与碳元素构成的二元化合物、以及Mm+1ACm或Ym+1ACm三元化合物、或(M1-xYx)m+1ACm的四元化合物构成的组中选择至少一种。例如，第二原料可以为Ti粉和Al粉，或者为TiAl合金粉和Ti粉，或者为TiC粉以及Al粉与Ti粉，或者为Ti2AlC粉以及Ti粉和Al粉。例如，第二原料也可以为Ti粉、Zr粉和Al粉，或者为TiZr合金粉和Al粉，或者为TiZrAl合金粉和Ti粉等。需要说明的是，第二原料优选为粉体，从而能够进一步提高熔盐中的反应速度，然而，本发明不限于此，第二原料也可不为粉体，例如，可以为块体或颗粒等。
在本发明的示例性实施例中，直接将第一原料粉末与第二原料混合，而无需进行高温烧结或压制成前驱体等操作，从而能够提高生产效率，降低能耗和成本。另外，发明人经过研究，还发现通过控制碳材料的尺寸和形貌能够获得具有期望尺寸和形貌的多元导电陶瓷材料。例如，将原料混合物中的碳材料控制为石墨烯，则能够获得具有层状结构的多元导电陶瓷材料的纳米膜。将原料混合物中的碳材料控制为纳米碳管，则能够获得具有层状结构的多元导电陶瓷材料的纳米纤维。将原料混合物中的碳材料控制为纳米尺度碳颗粒，则能够获得具有层状结构的多元导电陶瓷材料的纳米颗粒。另外，如果将第一原料粉末选择为微米尺度的碳材料粉末，则能够获得处于微米尺度的具有层状结构的多元导电陶瓷材料。例如，在一个示例性实施例中，可通过控制碳材料的尺寸为毫米尺度、微米尺度或纳米尺度来分别获得具有相应尺度级别的多元导电陶瓷材料。当然，在本发明的示例性实施例中，所获得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的尺寸会相当于或者略大于第一原料粉末的尺寸，这主要是由于在熔盐反应过程中的诸如生长和微弱程度的团聚作用导致的。
(2)在熔融盐中反应
在惰性气氛下，将所述原料混合物在熔融熔盐中反应，待反应结束后冷却，获得含有反应产物与固态熔盐的混合物。具体来讲，可以在反应炉(例如，井式炉)内使用氩气等形成惰性气氛，并可以在耐火反应容器(例如，刚玉坩埚)中形成熔融态的熔盐。这里，熔盐可以为二元或三元以上的金属化物熔盐。例如，二元或多元金属氯化物熔盐，譬如，CaCl2-NaCl、NaCl-KCl、LiCl-KCl-CaCl2等。然而，本发明不限于此上述氯化物熔盐，对于其它的金属化物熔盐，只要能够为本发明的反应提供熔融的熔盐环境即可。
具体来讲，原料混合物在熔融熔盐中反应的温度可以控制为750℃以上。然而，本发明不限于此，只要能够使反应发生并持续进行即可。例如，反应的温度也可以为800℃～1000℃。本发明的方法具有较低的反应温度，这有利于降低能耗，也有利于降低设备对耐高温的要求，从而能够大大降低生产成本。另外，在本发明的示例性实施例中，原料混合物的重量可以为熔融熔盐重量的2.5％～60％。进一步讲，原料混合物的重量可以为熔融熔盐重量的8％～20％。
(3)分离并获得目标产物
去除上述产物混合物中的熔盐，得到具有层状结构的多元导电陶瓷材料。具体来讲，可以通过诸如去离子水浸泡、冲洗等清洗方式来去除产物混合物中的熔盐，以获得纯净的反应产物。当然，亦可对通过清洗去除熔盐后的剩余物进行干燥或低温烘干处理，以获得具有层状结构的多元导电陶瓷材料粉体。
以下将结合具体示例来进一步说明本发明的示例性实施例。
示例1
称取20单位重量(例如，千克)的NaCl-KCl共晶盐，并与1.2单位重量Ti粉、0.23单位重量Al粉、0.2单位重量的纳米C粉(平均粒径50nm)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以5℃/min的速度升温至900℃，在此温度下保温2h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得目标产物。
对所得到的目标产物进行测试，其XRD图谱、SEM和TEM照片分别如图2、3和4所示。由图2可以看出，所得的纳米粉体为Ti3AlC2，经过进一步检测，所得到的产物中Ti3AlC2纳米粉体的粒度为80～120nm，纯度为99.2wt％。
示例2
称取20单位重量LiCl-KCl共晶盐，并与1.2单位重量Ti粉、0.25单位重量Al粉、0.2单位重量纳米级乙炔黑粉末(平均粒径40nm)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以8℃/min的速度升温至850℃，在此温度下保温5h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得Ti3AlC2纳米粉体。
示例3
称取40单位重量CaCl2-NaCl共晶盐，并与0.8单位重量Ti粉、0.293单位重量Al粉、0.09单位重量纳米级乙炔黑粉末(平均粒径40nm)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以10℃/min的速度升温至950℃，在此温度下保温3h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得目标产物。
对所得到的目标产物进行测试，其XRD图谱、SEM和TEM照片分别如图5、6和7所示。由图5可以看出，所得的纳米粉体为Ti2AlC，经过进一步检测，所得到的产物中Ti2AlC纳米粉体的粒度为90～120nm，纯度为99.5wt％。
示例4
称取20单位重量NaCl-KCl共晶盐，并与1.55单位重量Nb粉、0.25单位重量Al粉、0.1单位重量纳米C粉(平均粒径50nm)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以8℃/min的速度升温至900℃，在此温度下保温3h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得Nb2AlC纳米粉体。
示例5
称取20单位重量NaCl-KCl共晶盐，并与1.2单位重量Ti粉、0.25单位重量Al粉、0.2单位重量多壁碳纳米管进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以8℃/min的速度升温至900℃，在此温度下保温3h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得目标产物。
经XRD检测，目标产物为Ti3AlC2纳米管。对所得到的目标产物进行TEM和SEM表征，其TEM和SEM分别如图8和9所示。
示例6
称取40单位重量LiCl-KCl共晶盐，并与3.1单位重量Nb粉、0.5单位重量Al粉、0.2单位重量石墨烯进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以5℃/min的速度升温至950℃，在此温度下保温2h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得Nb2AlC二维纳米片层。
示例7
称取30单位重量NaCl-KCl共晶盐，并与0.6单位重量Ti粉、1.14单位重量Zr粉、0.27单位重量Al粉、0.2单位重量乙炔黑(平均粒径40nm)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以5℃/min的速度升温至900℃，在此温度下保温4h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得(Zr0.5Ti0.5)3AlC2纳米粉体。
示例8
称取30单位重量NaCl-KCl共晶盐，并与0.4单位重量Ti粉、0.775单位重量Nb粉、0.27单位重量Al粉、0.1单位重量纳米级石墨粉(平均粒径50nm)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以8℃/min的速度升温至850℃，在此温度下保温5h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得(Nb0.5Ti0.5)2AlC纳米粉体。
示例9
称取30单位重量CaCl2-NaCl共晶盐，并与0.638单位重量V粉、0.65单位重量Cr粉、0.25单位重量Al粉、0.2单位重量炭黑(平均粒径40nm)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以5℃/min的速度升温至900℃，在此温度下保温3h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得(V0.5Cr0.5)3AlC2纳米粉体。
示例10
称取20单位重量NaCl-KCl共晶盐，并与0.8单位重量Ti粉、0.27单位重量Al粉、0.1单位重量石墨粉(300目)进行混合，将混合物置于刚玉坩埚中。将上述坩埚放在不锈钢反应器中，密封、通Ar气保护。采用温控仪以8℃/min的速度升温至950℃，在此温度下保温5h，然后断电随炉冷却至室温。将所得产物取出，用去离子水浸泡冲洗去除残留熔盐，然后低温烘干即得Ti3AlC2微米粉体。
此外，经检测，所得到的诸如Ti3AlC2纳米粉体、Ti2AlC纳米粉体、Nb2AlC纳米粉体、(V0.5Cr0.5)3AlC2纳米粉体等纳米尺度的具有层状结构的三元或四元导电陶瓷材料具有优异的亲水性和分散性。例如，经在水中超声分散后，24h不沉降。鉴于本发明的Ti3AlC2、Ti2AlC、Nb2AlC、(V0.5Cr0.5)3AlC2纳米粉体等纳米尺度的多元导电陶瓷材料具有优异的亲水性和分散性、以及良好的导电性，故此本发明的具有层状结构的多元导电陶瓷材料可广泛应用于电池材料领域。例如，考虑到本发明的具有层状结构的多元导电陶瓷材料优异的导电性及耐蚀性，故可将其作为涂层应用于电池的双极板。此外，本发明的方法亦可制备得到纯度高、具有独特层状结构的多元导电陶瓷相的纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等。
另外，本发明的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的晶体结构类似于石墨，都具有层片状结构，这使得它们具有优良的摩擦磨损性能，而且力学性能和导电性能也都超过了石墨材料，同时具有较好的高温稳定性和抗氧化性。因此，本发明的具有层状结构的多元导电陶瓷材料可作为高温或氧化条件下的减摩材料，也可用于带电条件下的减摩材料，亦可以用作基础油的润滑油添加剂。
此外，尽管上面给出了Ti3AlC2纳米粉体、Ti2AlC纳米粉体和Nb2AlC纳米粉体、Ti3AlC2纳米管、Nb2AlC二维纳米片层、(Zr0.5Ti0.5)3AlC2纳米粉体、(Nb0.5Ti0.5)2AlC纳米粉体、(V0.5Cr0.5)3AlC2纳米粉体的制备示例，但是需要说明的是，多元导电陶瓷材料(M1-xYx)n+ 1ACn或Mn+1ACn的其它种类亦可通过上面的制备方法来实现。例如，对于Cr、Zr、Ta等的三元或四元导电陶瓷材料Mn+1ACn或(M1-xYx)n+1ACn，其也可以通过上面示例的方法来制备，不过其制备过程的反应温度和时间相对于上述示例的反应温度和时间可能需要适当调整。
另外，在本发明的另一个示例性实施例中，电池材料可包括导电添加剂和电极材料中的一种或两种。并且，所述导电添加剂可含有如上所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料，所述电极材料可含有如上所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料。例如，该多元导电陶瓷材料具有纳米尺度或微米尺度。优选地，所述多元导电陶瓷材料可以为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜或纳米块体。
此外，在本发明的又一个示例性实施例中，超级电容器可包括电极材料。所述电极材料可包含如上所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料。例如，该多元导电陶瓷材料具有纳米尺度或微米尺度。优选地，所述多元导电陶瓷材料可以为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜或纳米块体。
综上所示，本发明能够解决现有的多元导电陶瓷材料合成温度高、制备工艺和设备复杂且成本高等问题中的一项或多项，并且具有快速、高效、节能、环保、成本低廉又易于实现大规模生产等优点，详细效果描述如下：
1、常规层状三元导电陶瓷纳米材料的制备多是采用高压或烧结等方式，制备温度高，成本高；本发明则是将第一原料和第二原料直接混合，而无需进行高温烧结或压制成前驱体等操作，从而能够提高生产效率，降低能耗和成本。
2、本发明混合的原料置于熔融熔盐中进行反应，反应温度可以不高于1000℃，甚至于可低至750℃。该过程具有较低的反应温度，这有利于降低能耗，也有利于降低设备对耐高温的要求，从而能够大大降低生产成本。整体工艺过程安全可靠、绿色无污染、便于大规模生产。
3、本发明的方法能够制备纳米尺度的具有层状结构的多元导电陶瓷材料(例如，尺度可以为100nm左右甚至更小的纳米级层状多元导电陶瓷材料)，相比于常规的微米级材料具有更广阔的应用范围。
4、本发明所制备的层状多元导电陶瓷材料能够应用于诸如电池材料的导电添加剂和(或)电极材料、超级电容器的电极材料、润滑物添加剂以及减摩材料等诸多领域。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (14)
1.一种具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
根据所述多元导电陶瓷材料的化学计量比，直接将第一原料粉末与第二原料混合形成原料混合物，其中，所述第一原料为碳材料，所述多元导电陶瓷材料的结构式为(M1-xYx)n+ 1ACn，其中，n＝1、2或3，x在不小于0且不大于1的范围内，M和Y分别为过渡金属元素，A为原子序数为13以上的IIIA或IVA元素，C为碳元素；
在惰性气氛下，将所述原料混合物在熔融态熔盐中反应，待反应结束后冷却，获得含有反应产物与固态熔盐的混合物；
去除所述产物混合物中的熔盐，得到具有层状结构的多元导电陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法通过控制所述碳材料的尺寸和形貌来获得具有期望尺寸和形貌的多元导电陶瓷材料。
3.根据权利要求1所述的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法通过控制所述碳材料的尺寸为毫米尺度、微米尺度或纳米尺度来分别获得具有相应尺寸的多元导电陶瓷材料。
4.根据权利要求1所述的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述第一原料为纳米尺度碳材料、微米尺度碳材料和毫米尺度的碳材料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述第二原料为从由元素M、Y和A的单质或化合物、M与C的化合物、Y与C的化合物、Mm+1ACm、Ym+1ACm或(M1-xYx)m+1ACm组成的组群中选择的一种或多种，其中，m＝1、2或3，且m小于或等于n。
6.根据权利要求1所述的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为750℃以上。
7.根据权利要求5所述的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为800℃～1000℃。
8.根据权利要求1所述的具有层状结构的多元导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述原料混合物的重量为熔融态熔盐重量的2.5～60％。
9.一种电池材料，其特征在于，所述电池材料包括导电添加剂和(或)电极材料，所述导电添加剂和所述电极材料分别含有如权利要求1所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料。
10.根据权利要求9所述的电池材料，其特征在于，所述第一原料为纳米尺度碳材料或微米尺度碳材料。
11.根据权利要求9所述的电池材料，其特征在于，所述具有层状结构的多元导电陶瓷材料的形态为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜或纳米块体。
12.一种超级电容器，其特征在于，所述超级电容器包括电极材料，所述电极材料包含如权利要求1所述的制备方法所制得的具有层状结构的多元导电陶瓷材料。
13.根据权利要求12所述的超级电容器，其特征在于，所述第一原料为纳米尺度碳材料或微米尺度碳材料。
14.根据权利要求12所述的超级电容器，其特征在于，所述具有层状结构的多元导电陶瓷材料的形态为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜或纳米块体。
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