CN115064663A - 一种MXene基凝胶态正极的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MXene基凝胶态正极的制备方法及其应用，所述制备方法包括如下步骤：将MAXene原材料蚀刻为单少层MXene材料悬浮液；在单少层MXene材料悬浮液中加入交联剂粉末，得到均匀粘稠的悬浮液；将悬浮液急速冷冻然后冷冻干燥72h得到气凝胶前体材料；固硫后得到所述MXene基凝胶态正极；获得的气凝胶前体材料形貌为蛛网状、蜂窝状、团簇状、丝絮状、栅栏状、岩壁状，其中，蛛网状的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于锂硫电池、蜂窝状应用于钠硫电池、团簇状应用于镁硫电池、丝絮状应用于钾硫电池、栅栏状应用于镁硫电池、岩壁状应用于镁硫电池。
Description
技术领域
本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种MXene基凝胶态正极的制备方法及其应用。
技术背景
含硫电池（包括镁硫电池、锂硫电池、钠硫电池、钾硫电池等）具有理论能量密度高、成本低、无环境污染等优点，是很有前途的下一代储能系统。然而，含硫电池仍存在许多不足。首先，硫是一种电导率非常低的绝缘体，仅为5×10-28 S m-1，这限制了硫的利用率并降低电池的倍率能力。其次，硫在电池循环过程中的体积变化可能会破坏正极结构并降低电池的循环性能。第三，多硫化物溶解和扩散引起的“穿梭效应”降低了比容量和库仑效率。这些问题极大程度上制约了含硫电池的研究进展。
现有技术通过构造纳米结构的多孔材料来解决上述问题，MXenes作为一大类新型二维过渡金属碳化物/碳氮化物材料，由于其优良的性能，延展性、2D结构和Lewis酸性表面，高电导率、良好的电化学性能，在改善电池性能上显示出巨大的潜力，是构建高效导电网络的理想组成材料。通过泛密度函计算结果显示，MXenes表面的基团(特别是羟基)对多硫化物有很强的亲和力，不需要额外的表面修饰就能自发地吸引它们。此外，高导电性的核心(M-C-M键)可以极大地促进电荷转移动力学，从而使得硫的利用率和电池速率处理能力得到极大的提高。
然而，由于MXenes基自立结构柔性低，相对脆弱，在弯曲和折叠过程中，S可能会剥落，导致利用率下降。在成型前简单地混合分散MXene会导致不可逆堆叠，减少纳米片活性位点的同时极大地降低柔性。
因此，由MXenes材料为基础制备固硫正极材料，还处于理论上很好，但实践细节还有待深入研究和完善的阶段。只有实现固硫正极材料形貌可控时，才能确保由这种固硫正极制备的含硫电池安全可靠。因此，探讨固硫正极材料的制备过程中实现形貌可控的方法，对含硫电池的发展具有重要的意义。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出一种MXene基凝胶态正极的制备方法及其应用。
本发明提出一种MXene基凝胶态正极的制备方法，包括如下步骤：
步骤1）: 将MAXene原材料经过平均孔径为38μm的400目筛分，然后逐步加入蚀刻液中，在35°C下搅拌反应24h，所得浆液用去离子水洗涤，3500rpm离心5min，反复洗涤离心至pH为6，最后在氩气流量下超声剥离，再用3500rpm离心60min，得到含水的单少层MXene材料悬浮液；
步骤2）：在上述单少层MXene材料悬浮液中加入交联剂粉末，所述单少层MXene材料与所述交联剂的质量比为1: 1~2，于500rpm下搅拌5h，得到均匀粘稠的悬浮液；
步骤3）：将步骤2）获得的均匀粘稠的悬浮液倒入特氟龙模具中，并迅速浸泡在含有液氮的铜瓶中，实现急速冷冻，然后置于−60℃、1Pa下冷冻干燥72h，得到气凝胶前体材料；
步骤4）：将含有活性硫组分的溶液滴加在上述气凝胶前体材料制备的极片上，并放入50℃真空烘箱中12h烘干，得到所述MXene基凝胶态正极；或者将上述气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，将活性硫组分与小圆片置于管式炉中氩气气氛下155℃烧结12h，得到所述MXene基凝胶态正极；
所述MAXene原材料为Ti3AlC2、Ti2AlCTx, Ti3AlCNTx, Nb2AlCTx, Nb4AlC3Tx,Mo2AlCTx, Mo2AlTiCTx, Mo2AlTi2C3Tx, V2AlCTx, V4AlC3Tx纳米片中的至少一种或几种；
所述交联剂为聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、透明质酸其中的一种或几种；
所述活性硫组分为S8，Li2S8,Li2S6及Li2S4其中的一种或几种。
其中，
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酸时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为蛛网状、孔隙直径为5-10μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酰胺时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为蜂窝状、孔隙直径为3-5μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚吡咯时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为团簇状、孔隙直径为1-2μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚苯胺时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为丝絮状、孔隙直径为1-2μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚噻吩时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为栅栏状、孔隙直径为0.1-0.5μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为透明质酸时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为岩壁状、孔隙直径为0.5-1μm。
进一步，当气凝胶前体材料形貌为蛛网状、蜂窝状、栅栏状时，所述步骤4）的固硫方式为将含有活性硫组分的溶液滴加在上述气凝胶前体材料制备的极片上，并放入50℃真空烘箱中12h烘干，得到所述MXene基凝胶态正极；当气凝胶前体材料形貌为团簇状、丝絮状、岩壁状时，所述步骤4）的固硫方式为将上述气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，将活性硫组分与小圆片置于管式炉中氩气气氛下155℃烧结12h，得到所述MXene基凝胶态正极。
本发明提供的MXene基凝胶态正极应用于含硫电池中，其中：
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酸时，获得的形貌为蛛网状、孔隙直径为5-10μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于锂硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酰胺时，获得的形貌为蜂窝状、孔隙直径为3-5μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于钠硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚吡咯时，获得的形貌为团簇状、孔隙直径为1-2μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于镁硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚苯胺时，获得的形貌为丝絮状、孔隙直径为1-2μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于钾硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚噻吩时，获得的形貌为栅栏状、孔隙直径为0.1-0.5μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于镁硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为透明质酸时，获得的形貌为岩壁状、孔隙直径为0.5-1μm的气凝胶前体材料制制备的MXene基凝胶态正极应用于镁硫电池。
本发明的有益效果如下：
含硫电池的电化学性能与制备正极所用的气凝胶前体材料的形貌有关，本发明研究了不同交联剂对气凝胶前体材料形貌的关系，提供了通过调整交联剂种类和用量控制气凝胶前体材料形貌的技术方案。不同的形貌的气凝胶前体材料应用于不同的含硫电池中，能够改善活性硫成分的弱导电性，改善离子（锂离子，钠离子等）的快速扩散和电子转移以及多硫化物的“穿梭效应”问题，实现含硫电池较高的电化学性能。
本发明提供的MXene基凝胶态正极的制备方法，利用交联剂交联二维MXene纳米片构成凝胶框架，并将活性硫组分填充于凝胶框架中组成硫正极。该凝胶框架具有以二维MXene纳米片为孔壁构成的三维孔道，能够提供活性硫组分与MXene纳米片的亲密接触，最大程度地利用MXene纳米片的高活性极性表面对多硫化物的吸附作用，最终实现含硫电池优异的循环稳定性和倍率性能。
本发明提供的MXene基凝胶态正极的制备方法，确定了当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx时，7种不同的交联剂可获得7种不同形貌的气凝胶前体材料，其中聚乙烯醇作为交联剂获得的气凝胶前体材料形貌不适用于含硫电池；其他交联剂能获得不同形貌的气凝胶前体材料，而且当单少层MXene材料与所述交联剂的质量比在1: 1~2之间变化时，气凝胶前体材料的形貌结构并没有质的变化，只是在密度上有变化；因此可以根据含硫电池的应用场景，通过调整交联剂的种类来调控气凝胶前体材料的形貌，实现了凝胶态固硫正极材料形貌可控的目的。
本发明的方法简单易行，不需要复杂的制备条件和材料，只需要提供一个模具以及冷冻干燥机和管式炉，不会产生污染性及有毒气体，符合环保标准；本发明制备过程中低温不超过-200℃，高温不超过200℃，符合安全标准。低温下制备的方法能够很好的避免MXene材料性质的改变，能够最大程度的发挥其能力。
本发明的凝胶态多功能固硫正极作为含硫电池正极，能在容量、倍率能力和循环稳定性方面表现出更好的性能，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的气凝胶前体材料的SEM图；
图2是实施例1中锂硫电池的首次充放电曲线图；
图3是实施例1中锂硫电池的循环性能和库仑效率曲线图；
图4是实施例1中锂硫电池的倍率性能图；
图5是实施例2中交联剂为聚丙烯酸、质量比为1:1制备的气凝胶前体材料的SEM图；
图6是实施例2中交联剂为聚吡咯、质量比为1:1制备的气凝胶前体材料的SEM图；
图7是实施例2中交联剂为聚苯胺、质量比为1:1制备的气凝胶前体材料的SEM图；
图8是实施例2中交联剂为聚噻吩、质量比为1:1制备的气凝胶前体材料的SEM图；
图9是实施例2中交联剂为聚乙烯醇、质量比为1:1制备的气凝胶前体材料的SEM图；
图10是实施例2中交联剂为透明质酸、质量比为1:1制备的气凝胶前体材料的SEM图；
图11是实施例2中交联剂为聚丙烯酰胺、质量比为1:1制备的气凝胶前体材料的SEM图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1 以Ti3C2Tx为单少层MXene材料制备凝胶态正极及其在锂硫电池上的应用
1.Ti3AlC2粉末经过平均孔径为38μm的400目筛分，采用典型的氟化盐蚀刻方法制备Ti3C2Tx。具体而言，在20mL的9M盐酸中加入1g LiF，在剧烈搅拌下形成均匀的蚀刻液。在蚀刻液中逐步加入1g Ti3AlC2粉末，在35°C下搅拌反应24h，所得酸性浆液用去离子水洗涤，3500rpm离心5min，反复洗涤离心至pH~6。最后，在氩气流量下超声剥离深绿色浆料，在3500rpm离心60min，得到含水的单层少层Ti3C2Tx悬浮液；
2.在5mL Ti3C2Tx(10mg/mL)悬浮液中加入50mg的聚丙烯酸（PAA）粉末，在500rpm下搅拌5h，得到均匀粘稠的悬浮液。然后，将这些悬浮液倒入特氟龙模具中，并迅速浸泡在含有液氮的铜瓶中，实现急速冷冻。最后，将定向冷冻样品在−60℃、1Pa下冷冻干燥72h，得到PT气凝胶前体材料，形貌为蛛网状，孔隙直径为5-10μm，见图1；
3.将PT气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，然后将含有Li2S8的溶液滴加在PT气凝胶圆片上，并放入50℃真空烘箱中12h烘干，得到MXene基凝胶态正极PT/S；
4.将该MXene基凝胶态正极PT/S作为锂硫电池正极，在充满氩气的手套箱中进行电池的组装，其中PT/S、Celgard 2400薄膜和锂箔分别用作工作电极、隔膜和对电极。将传统电解质 (100μL) 添加到每个电池中。传统电解质是含有2wt% LiNO3添加剂的DOL 和DME (1:1, v/v) 的混合溶剂。组装过程在充满氩气的手套箱中进行；
5.测试电化学性能，在25℃下静止8h后，以0.2C的速率在1.6V-2.8V间进行充放电循环时，其首次充放电比容量可达1291mAh/g（参图2）；循环100圈后比容量保持在81%、库仑效率保持在100%左右（参图3），且其倍率性能极好（参图4）。该结果表明本实施例制备的MXene基凝胶态正极在锂硫电池中应用具有优异的电化学性能，在锂硫电池体系中具有很好的应用前景。
实施例2 不同交联剂对气凝胶前体材料形貌影响的对比实验
1.MAXene粉末经过平均孔径为38μm的400目筛分，采用典型的氟化盐蚀刻方法制备Ti3C2Tx。具体而言，在20mL的9M盐酸中加入1g LiF，在剧烈搅拌下形成均匀的蚀刻液。在蚀刻液中逐步加入1g MAXene粉末，在35°C下搅拌反应24h，所得酸性浆液用去离子水洗涤，3500rpm离心5min，反复洗涤离心至pH~6。最后，在氩气流量下超声剥离深绿色浆料，在3500rpm离心60min，得到含水的单层少层MXene悬浮液；
2.在5mL MXene(10mg/mL)悬浮液中加入50-100mg的交联剂粉末，在500rpm下搅拌5h，得到均匀粘稠的悬浮液。然后，将这些悬浮液倒入特氟龙模具中，并迅速浸泡在含有液氮的铜瓶中，实现急速冷冻。最后，将定向冷冻样品在−60℃、1Pa下冷冻干燥72h，得到MXene基气凝胶前体材料；
3.将MXene气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，然后将含有Li2S8的溶液滴加在PT气凝胶圆片上，并放入50℃真空烘箱中12h烘干，得到MXene基凝胶态正极；
4.将该MXene基凝胶态正极作为锂硫电池正极，在充满氩气的手套箱中进行电池的组装，其中MXene基凝胶态正极、Celgard 2400薄膜和锂箔分别用作工作电极、隔膜和对电极。将传统电解质 (100μL) 添加到每个电池中。传统电解质是含有2wt% LiNO3添加剂的DOL 和 DME (1:1, v/v) 的混合溶剂。组装过程在充满氩气的手套箱中进行；
5.测试电化学性能，在25℃下静止8h后，以0.2C的速率在1.6V-2.8V间进行充放电循环。
通过以上实验可见，采用本发明的方法，不同交联剂及比例对气凝胶前体材料形貌及制备的锂硫电池呈现以下规律：
（1）交联剂的不同会产生不同的结构形貌，见图5-图11；
（2）交联剂与MXene的用量比例不同会导致不同的结构差，交联剂与MXene的质量比2:1的交联剂与MXene的质量比1:1的更密集，孔隙更小，但总体形貌不会有太大区别，同时，交联剂的用量会对材料的性质造成影响，尤其是导电能力；其中聚乙烯醇为交联剂获得的气凝胶前体材料不适合用于含硫电池中；
（3）交联剂的主要功能不同，比如聚丙烯酸（PPA）、透明质酸(HA)利用的是丰富的羧基官能团对于硫的固定作用；聚吡咯(PPy)、聚苯胺（PAN）、聚噻吩(PTh)利用的是材料的导电性能；聚丙烯酰胺(PAM)利用的是聚合凝胶化作用；但这些交联剂都具有能够增强材料的导电能力、有效地抑制含硫电池中的多硫化物“穿梭效应”问题的功效。
（4）由于气凝胶前体材料形貌对含硫电池的电化学性能产生深远影响，因此可以根据含硫电池的应用场景，通过调整交联剂的种类和比例，获得形貌适用的相应含硫电池领域的气凝胶前体材料，比如以聚吡咯(PPy)为交联剂获得的形貌为团簇状的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极，虽然用于锂硫电池系统不能获得很高的电化学性能，但是可以稳定的用于镁硫电池系统。因此，本发明的技术方案从交联剂导致气凝胶形貌不同，而气凝胶形貌不同导致固硫正极的电化学性能不同，所以不同交联剂制备的气凝胶前体材料应用于不同的含硫电池，从而实现含硫电池性能可控、安全可靠。
实施例3 不同固硫方式对MXene基凝胶态正极的影响
1.MAXene粉末经过平均孔径为38μm的400目筛分，采用典型的氟化盐蚀刻方法制备Ti3C2Tx。具体而言，在20mL的9M盐酸中加入1g LiF，在剧烈搅拌下形成均匀的蚀刻液。在蚀刻液中逐步加入1g MAXene粉末，在35°C下搅拌反应24h，所得酸性浆液用去离子水洗涤，3500rpm离心5min，反复洗涤离心至pH~6。最后，在氩气流量下超声剥离深绿色浆料，在3500rpm离心60min，得到含水的单层少层MXene悬浮液；
2.在5mL MXene(10mg/mL)悬浮液中加入50-100mg的交联剂粉末，在500rpm下搅拌5h，得到均匀粘稠的悬浮液。然后，将这些悬浮液倒入特氟龙模具中，并迅速浸泡在含有液氮的铜瓶中，实现急速冷冻。最后，将定向冷冻样品在−60℃、1Pa下冷冻干燥72h，得到MXene基气凝胶前体材料；
3. Li2S8滴加法的固硫方式为将MXene气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，然后将含有Li2S8的溶液滴加在PT气凝胶圆片上，并放入50℃真空烘箱中12h烘干，得到MXene基凝胶态正极；烧结法的固硫方式为将MXene气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，将S8与小圆片置于管式炉中氩气气氛下155℃烧结12h，获得MXene基凝胶态正极；
4.将该MXene基凝胶态正极作为锂硫电池正极，在充满氩气的手套箱中进行电池的组装，其中MXene基凝胶态正极、Celgard 2400薄膜和锂箔分别用作工作电极、隔膜和对电极。将传统电解质 (100μL) 添加到每个电池中。传统电解质是含有2wt% LiNO3添加剂的DOL 和 DME (1:1, v/v) 的混合溶剂。组装过程在充满氩气的手套箱中进行；
5.测试电化学性能，在25℃下静止8h后，以0.2C的速率在1.6V-2.8V间进行充放电循环。
从表2可见，采用本发明的方法制备的MXene凝胶态前体材料，通过使用不同的固硫方式下制备成MXene凝胶态正极，在锂硫电池系统应用时对电池的电化学性能会产生不同的影响。针对于富含孔隙的MXene凝胶态前体材料（蛛网状，栅栏，蜂窝等形貌），使用Li2S8滴加法有利于S组分充分进入孔隙，使其负载更加均匀；对于孔隙不明类的MXene凝胶态前体材料（团簇，丝絮，堆叠，岩壁等形貌），使用烧结法更有利于均匀稳固的负载在材料上，因此不同形貌下的MXene凝胶态前体材料需要选择不同方式的固硫方式，才能获得更好的电化学性能。其中聚乙烯醇作为交联剂时，虽然烧结法比Li2S8滴加法的效果好，但不论是烧结法还是Li2S8滴加法制备的MXene凝胶态正极，电化学性能都不佳，不适用于含硫电池。
综上所述，按本发明提供的技术方案，既能获得不同形貌的气凝胶前体材料，可根据最终适用于哪一种含硫电池来确定需要制备哪一种形貌的气凝胶前体材料。同时，根据形貌选择不同的固硫方式，能使获得的固硫正极性能更优。因此，采用本发明的技术方案，可以实现含硫电池正极材料的可控、安全、可靠。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种MXene基凝胶态正极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）: 将MAXene原材料经过平均孔径为38μm的400目筛分，然后逐步加入蚀刻液中，在35°C下搅拌反应24h，所得浆液用去离子水洗涤，3500rpm离心5min，反复洗涤离心至pH为6，最后在氩气流量下超声剥离，再用3500rpm离心60min，得到含水的单少层MXene材料悬浮液；
步骤2）：在上述单少层MXene材料悬浮液中加入交联剂粉末，所述单少层MXene材料与所述交联剂的质量比为1: 1~2，于500rpm下搅拌5h，得到均匀粘稠的悬浮液；
步骤3）：将步骤2）获得的均匀粘稠的悬浮液倒入特氟龙模具中，并迅速浸泡在含有液氮的铜瓶中，实现急速冷冻，然后置于−60℃、1Pa下冷冻干燥72h，得到气凝胶前体材料；
步骤4）：将含有活性硫组分的溶液滴加在上述气凝胶前体材料制备的极片上，并放入50℃真空烘箱中12h烘干，得到所述MXene基凝胶态正极；或者将上述气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，将活性硫组分与小圆片置于管式炉中氩气气氛下155℃烧结12h，得到所述MXene基凝胶态正极；
所述MAXene原材料为Ti3AlC2、Ti2AlCTx, Ti3AlCNTx, Nb2AlCTx, Nb4AlC3Tx, Mo2AlCTx,Mo2AlTiCTx, Mo2AlTi2C3Tx, V2AlCTx, V4AlC3Tx纳米片中的至少一种或几种；
所述交联剂为聚丙烯酸、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、透明质酸其中之一；
所述活性硫组分为S8，Li2S8,Li2S6及Li2S4其中之一；
其中，
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酸时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为蛛网状、孔隙直径为5-10μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酰胺时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为蜂窝状、孔隙直径为3-5μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚吡咯时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为团簇状、孔隙直径为1-2μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚苯胺时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为丝絮状、孔隙直径为1-2μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚噻吩时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为栅栏状、孔隙直径为0.1-0.5μm；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为透明质酸时，所述步骤3）获得的气凝胶前体材料形貌为岩壁状、孔隙直径为0.5-1μm。
2.根据权利要求1所述MXene基凝胶态正极的制备方法，其特征在于，当气凝胶前体材料形貌为蛛网状、蜂窝状、栅栏状时，所述步骤4）的固硫方式为将含有活性硫组分的溶液滴加在上述气凝胶前体材料制备的极片上，并放入50℃真空烘箱中12h烘干，得到所述MXene基凝胶态正极；当气凝胶前体材料形貌为团簇状、丝絮状、岩壁状时，所述步骤4）的固硫方式为将上述气凝胶前体材料裁剪成厚度为1mm，直径14mm的小圆片，将活性硫组分与小圆片置于管式炉中氩气气氛下155℃烧结12h，得到所述MXene基凝胶态正极。
3.权利要求2所述方法制备的MXene基凝胶态正极应用于含硫电池中，其中，
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酸时，获得的形貌为蛛网状、孔隙直径为5-10μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于锂硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚丙烯酰胺时，获得的形貌为蜂窝状、孔隙直径为3-5μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于钠硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚吡咯时，获得的形貌为团簇状、孔隙直径为1-2μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于镁硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚苯胺时，获得的形貌为丝絮状、孔隙直径为1-2μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于钾硫电池；
当所述单少层MXene材料为Ti3C2Tx或Nb4C3Tx、所述交联剂为聚噻吩时，获得的形貌为栅栏状、孔隙直径为0.1-0.5μm的气凝胶前体材料制备的MXene基凝胶态正极应用于镁硫电池；
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