用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合无机材料，具体涉及一种用于锂离子电池阳极新型MAX相材料及其制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

锂离子电池作为最常用的电能储存装置，以其高能量密度、高工作电压、低自放电等特点受到广泛关注。尽管锂离子电池发展迅速，但要满足不同的能源服役环境，对高能量密度、高功率输出、长寿命的锂离子电池提出了更高的要求。MAX相是一类具有六方晶格结构的纳米层状过渡金属化合物三元金属碳化物和/或氮化物，其通式为M

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料，其化学式表示为M

进一步地，所述用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料具有六方晶系结构，空间群为P63/mmc(194)，晶胞由M

本发明实施例还提供了一种用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料的制备方法，其包括：熔盐法，且不限于此。

在一些实施例中，所述制备方法包括：

将M材料、A材料、X材料和无机盐按(2～3)：(1～3)：(1～2)：(0～8)的摩尔比混合，并将所获混合物于惰性气氛中在600℃～1300℃反应60～720min，之后进行后处理，获得用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料，其化学表达式为M

进一步地，所述M材料包括Sc、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf等中的任意一种或者两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述含A材料为Sn粉，但不限于此。

进一步地，所述X材料包括C

更进一步地，所述X材料选用石墨，但不限于此。

进一步地，所述无机盐包括NaCl、KCl、NaBr、KBr等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述M材料为粉体，且粒度为500nm～1μm。

进一步地，所述A材料为粉体，且粒度为500nm～1μm。

进一步地，所述X材料为粉体，且粒度为500nm～1μm。

进一步地，所述无机盐为粉体，且粒径为500nm～1mm。

本发明实施例还提供了所述用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料在制备锂离子电池领域中的用途。

进一步地，所述用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料能够提供390mAh g

较之现有技术，本发明的优点至少在于：

(1)本发明中首次利用熔盐法实现了亚微米V

(2)本发明制备的用于锂离子电池阳极新型MAX相材料能够提供390mAh g

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图2是本发明实施例1中用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图3是本发明实施例2中用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图4是本发明实施例3中用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图5是本发明实施例3中用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图6a-图6d是本发明实施例4中用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图7a-图7d是本发明实施例5中用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图8是本发明实施例5中的用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图9是本发明实施例5中的用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

具体实施方式

在本发明中报道了一种新的通过熔盐法制备的MAX相V

本发明通过传统粉末冶金方法和熔盐法相结合的合成路线，选择合适M、A和X粉体，合成用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料，且合成的用于锂离子电池阳极新型MAX相材料颗粒尺寸小，储锂性能优异，循环稳定性好。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为V

(1)将V粉，Sn粉，石墨和无机盐(氯化钠，氯化钾)按照摩尔比2:1:1:0的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：600℃，60分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入40℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

图1为本实施例中制备的用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图2为本实施例中制备的用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

实施例2：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为V

(1)将V粉，Sn粉，石墨和无机盐(氯化钠，氯化钾)按照摩尔比3:3:2:8的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1000℃，720分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入80℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

图3为本实施例中制备的用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

实施例3：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为V

(1)将V粉，Sn粉，石墨和无机盐(氯化钠，氯化钾)按照摩尔比3:1:2:4的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：800℃，420分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入60℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

图4为本实施例中制备的用于锂离子电池阳极新型MAX相材料V

图5为本实施例中制备的用于锂离子电池阳极新型MAX相材料V

实施例4：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为V

(1)将V粉，Sn粉，石墨和无机盐(氯化钠，氯化钾)按照摩尔比3:1.5:2:0的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：950℃，180分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入50℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

图6a-图6d为本实施例中制备的用于锂离子电池阳极新型MAX相材料V

实施例5：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为V

(1)将V粉，Sn粉，石墨和无机盐(氯化钠，氯化钾)按照摩尔比2:1:2:2的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：900℃，420分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入40℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

图7a-图7b为本实施例中制备的用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料V

图7c和7d分别为V

图8为用于锂离子电池阳极新型MAX相材料V

图9为用于锂离子电池阳极新型MAX相材料V

实施例6：本实施例中，用于锂电池阳极的新型MAX相材料为Ti

(1)将Ti粉，Sn粉，石墨和无机盐(氯化钠，氯化钾)按照摩尔比2:1.5:1.5:4的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1300℃，300分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入40℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

实施例7：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为Nb

(1)将Nb粉，Sn粉，石墨和无机盐(氯化钠，氯化钾)按照摩尔比3:2:2:6的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1250℃，600分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入80℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

实施例8：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为Zr

(1)将Zr粉，Sn粉，石墨按照摩尔比3:1.1:1.5的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1300℃，300分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入60℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

实施例9：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为Hf

(1)将Hf粉，Sn粉，石墨按照摩尔比2:1.5:2的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1200℃，300分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入60℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

实施例10：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为Mo

(1)将Mo粉，Sn粉，石墨按照摩尔比3:1:2的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1000℃，720分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入60℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

实施例11：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为Sc

(1)将Sc粉，Sn粉，石墨按照摩尔比2:1.1:1的比例混合，将上述材料研磨混合，得到混合产物。

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1000℃，120分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入50℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

实施例12：本实施例中，用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料为Ti

(1)将Ti粉，Sn粉，C

(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：1100℃，720分钟，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。

(3)用去离子水和酒精洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，再用乙醇清洗后将其放入60℃的烘箱内，12小时后取出，得到固体产物。

此外，本案发明人还以本说明书述及的其它原料及工艺条件替代前述实施例1-12中的相应原料及工艺条件进行了相关实验，结果均显示，可以获得由于锂离子电池阳极的新型MAX相材料，且具有优异的储锂性能。

综述之，较之现有的MAX相材料，本发明前述实施例提供的用于锂离子电池阳极的新型MAX相材料颗粒尺寸小，储锂性能(390mAh g

应当理解，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。