CN115425196A - 氧化物包覆的钠电池正极材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化物包覆的钠电池正极材料及其制备方法与应用，本发明提供一种将二维MXene衍生的氧化物纳米片包覆在钠离子电池正极材料表面，减少电解液与正极材料的接触，减缓电解液对正极材料的侵蚀，最终提高钠离子电池正极材料的结构稳定性和电化学性能的方法。本发明提出的方法能够缓解钠离子电池正极存在的问题，促进钠离子电池在新能源行业的快速发展。
Description
技术领域
本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种MXene衍生氧化物包覆的正极材料及其制备方法与应用。
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。
钠离子电池是一种很有前途的储能装置。首先，钠资源在全球范围内储量丰富，这会在一定程度上降低钠离子电池的成本。此外，钠离子电池技术日渐成熟，很多企业已经开始布局工业化生产。但是，目前还有一些问题困扰着钠离子电池的进一步发展和应用，比如电解液对钠离子电池正极的侵蚀。电解液对钠离子电池正极的侵蚀会造成电池的容量降低、极化增加、循环寿命降低等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种MXene衍生氧化物包覆的正极材料及其制备方法与应用。本发明将具有二维结构的MXene衍生的氧化物纳米片覆盖在钠离子电池正极材料颗粒表面，减少电解液与正极材料的接触，有效地提高了钠离子电池正极材料的结构稳定性和电化学性能。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供一种MXene衍生氧化物包覆的正极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备MXene水溶液；将MXene水溶液冷冻干燥得到MXene纳米片；将MXene纳米片在空气气氛下加热形成氧化物纳米片；
(2)将氧化物纳米片分散到无水乙醇中，超声形成均匀分散的溶液；将正极材料粉末加入到上述溶液中，超声、搅拌；将含正极材料粉末和氧化物纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中烘干，即得到MXene衍生氧化物包覆的正极材料。
本发明将具有二维结构的MXene衍生的氧化物纳米片覆盖在钠离子电池正极材料颗粒表面，减少电解液与正极材料的接触，进而有效地缓解在充放电过程中电解液对正极材料的侵蚀，进而增加了正极材料的结构稳定性，最终提高了钠离子电池正极材料的电化学性能。
与直接将氧化物纳米片涂覆在正极外表面相比，将氧化物纳米片包覆在正极颗粒表面能够更好的减少正极颗粒与电解液的直接接触，从而缓解电解液对材料的侵蚀。这种在微纳尺寸的混合能够实现对正极材料更好的保护，更有利于电化学性能的提升。
进一步的，MXene水溶液的制备方法包括酸刻蚀法、碱刻蚀法、熔融盐刻蚀法、电化学刻蚀法等。
进一步的，MXene选自Ti3C2Tx、V2CTx、Mo2CTx中的任意一种。
进一步的，步骤(1)中，加热温度为200-800℃，加热时间为1-10h。
进一步的，所述正极材料粉末包括但不限于：磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸铁钠、三元钠中的任意一种。
进一步的，所述氧化物纳米片的质量占正极材料粉末质量的0.05％-50％。
进一步的，步骤(2)中烘干温度为70℃。
进一步的，所述惰性气氛为氩气、氦气或氢氩混合气体。
本发明的第二个方面，提供了一种MXene衍生氧化物包覆的正极材料，其包括钠离子电池正极材料；和包覆在正极材料表面的MXene衍生的氧化物纳米片。
本发明的第三个方面，提供了任一上述的MXene衍生氧化物包覆的正极材料在钠离子电池中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)MXene衍生的氧化物呈现出二维纳米层状结构。本发明将纳米级别的二维氧化物纳米片包覆在钠离子电池正极材料表面且包覆层的量可以进行调控。
(2)包覆在钠离子电池正极材料表面的二维氧化物纳米片能够减少电解液与正极材料的接触，进而有效地缓解在充放电过程中电解液对正极材料的侵蚀，最终提高钠离子电池正极材料的结构稳定性和电化学性能。经实验证明，二维氧化物纳米片包覆后，钠离子电池的循环稳定性得到明显提高
(3)包覆在钠离子电池正极材料表面的二维纳米层状氧化物质量轻，不会对电池的能量密度造成较大影响。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1-11中制备MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的流程示意图。
图2为本发明对比例中磷酸钒钠正极材料的扫描电镜图。
图3为本发明实施例1中冷冻干燥得到的Ti3C2Tx MXene的扫描电镜图。
图4为本发明实施例1中Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛的扫描电镜图。
图5为本发明实施例1中Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠的扫描电镜图。
图6为对比例和实施例1中的正极在1C电流密度下的循环曲线图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤(图1)：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在500℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取20mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例2
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在500℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取20mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸铁钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸铁钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸铁钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸铁钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例3
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在500℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取20mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg三元钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有三元钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的三元钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的三元钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例4
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀V2AlCMAX相得到V2CTx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将V2CTx MXene的水溶液冷冻干燥成V2CTx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将V2CTx MXene二维纳米片在500℃下煅烧2h，冷却后得到V2CTxMXene衍生的五氧化二钒纳米片。
(4)称取20mg五氧化二钒纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有五氧化二钒纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和五氧化二钒纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到V2CTx MXene衍生的五氧化二钒包覆的磷酸钒钠。
(7)将V2CTx MXene衍生的五氧化二钒包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例5
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Mo2Ga2C MAX相得到Mo2CTx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Mo2CTx MXene的水溶液冷冻干燥成Mo2CTx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Mo2CTx MXene二维纳米片在500℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维氧化钼纳米片。
(4)称取20mg氧化钼纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有氧化钼纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和氧化钼纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Mo2CTx MXene衍生的氧化钼包覆的磷酸钒钠。
(7)将Mo2CTx MXene衍生的氧化钼包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例6
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在400℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取20mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例7
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在600℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取20mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例8
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在500℃下煅烧4h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取20mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例9
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在500℃下煅烧8h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取20mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例10
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在500℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取10mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
实施例11
一种MXene衍生的氧化物包覆的钠离子电池正极材料的制备，包括如下步骤：
(1)采用酸刻蚀法刻蚀Ti3AlC2 MAX相得到Ti3C2Tx MXene的水溶液，其浓度为1mg/mL。
(2)用冷冻干燥机将Ti3C2Tx MXene的水溶液冷冻干燥成Ti3C2Tx MXene二维纳米片。
(3)在马弗炉中将Ti3C2Tx MXene二维纳米片在500℃下煅烧2h，冷却后得到Ti3C2TxMXene衍生的二维二氧化钛纳米片。
(4)称取40mg二氧化钛纳米片分散到5mL无水乙醇中，超声5min，形成均匀分散的溶液。
(5)将100mg磷酸钒钠粉末加入到含有二氧化钛纳米片的乙醇溶液中并超声5min，然后搅拌30min。
(6)将含有磷酸钒钠和二氧化钛纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中60℃下烘干，即得到Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠。
(7)将Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(8)将步骤(7)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
对比例
对比例的实施主要包括如下步骤：
(1)将磷酸钒钠、PVDF和导电碳黑按照8:1:1的质量比混合均匀，然后分散到NMP溶液中形成均匀的浆料。然后把浆料涂敷在铝箔上并在70℃下真空干燥得到正极片。
(2)将步骤(1)中的正极片与金属钠负极配对，在惰性气氛中组装CR2032型扣式电池，测试正极材料的电化学性能。电解液为1M NaPF6-EC/DEC(体积比1:1)+5％FEC。扣式电池结构包括正极壳(不锈钢)、负极壳(不锈钢)、垫片(不锈钢)、正极、钠片、电解液和隔膜(玻璃纤维)。
性能测试
(1)以实施例1装配的扣式电池为例，利用充放电设备(新威CT-4008)对用Ti3C2TxMXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠正极组装的电池的循环性能进行评估。同时，作为对比，还测试了用磷酸钒钠正极组装的电池(对比例)的上述性能，结果如图6所示。在电流密度为1C下，经过100次循环后，磷酸钒钠的容量保持率为94％，而Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆的磷酸钒钠的容量保持率为98％。以上结果表明，经过Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆后，磷酸钒钠的循环稳定性得到明显提高，这归因于Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛包覆层对磷酸钒钠的保护，缓解了在循环过程中电解液对其的侵蚀。
从图2-5可知，磷酸钒钠正极材料为球形形貌(图2)，冷冻干燥得到的Ti3C2TxMXene为片状结构(图3)。Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛同样具有片状结构(图4)。包覆后，Ti3C2Tx MXene衍生的二氧化钛纳米片分布在磷酸钒钠颗粒表面(图5)。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种MXene衍生氧化物包覆的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备MXene水溶液；将MXene水溶液冷冻干燥得到MXene纳米片；将MXene纳米片在空气气氛下加热形成氧化物纳米片；
(2)将氧化物纳米片分散到无水乙醇中，超声形成均匀分散的溶液；将正极材料粉末加入到上述溶液中，超声、搅拌；将含正极材料粉末和氧化物纳米片的乙醇溶液在真空烘箱中烘干，即得到MXene衍生氧化物包覆的正极材料。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，MXene水溶液的制备方法包括酸刻蚀法、碱刻蚀法、熔融盐刻蚀法、电化学刻蚀法。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，MXene选自Ti3C2Tx、V2CTx、Mo2CTx中的任意一种。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加热温度为200-800℃，加热时间为1-10h。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述正极材料粉末包括磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸铁钠、三元钠中的任意一种。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述氧化物纳米片的质量占正极材料粉末质量的0.05％-50％。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中烘干温度为70℃。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气、氦气或氢氩混合气体。
9.一种根据上述权利要求任一项所述制备方法制备得到的MXene衍生氧化物包覆的正极材料，其特征在于，所述MXene衍生氧化物包覆的正极材料包括钠离子电池正极材料；和包覆在正极材料表面的MXene衍生的氧化物纳米片。
10.如权利要求9所述MXene衍生氧化物包覆的正极材料在钠离子电池中的应用。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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