【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料，尤其涉及一种mxene材料复合镍铁锰基正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着人们对于电子设备及电动出行工具等日益增长的需求，锂离子电池作为重要的能量储存器件已被广泛应用。但由于锂资源短缺、成本高和分布不均匀，而钠资源丰富、易于获取且成本低廉，使得钠离子电池技术发展迅速，在储能、小型动力等领域的产业化进程也在快速推进。
2、目前，钠离子电池正极材料可以分为层状氧化物、普鲁士蓝类和聚阴离子类等，其中层状过渡金属氧化物正极材料能量密度与压实密度较高，且具有和锂电三元材料相似的合成路线，被认为是较为理想的钠离子电池正极材料。o3型材料具有较高的初始钠含量和容量高的优点，是商业化应用的研究热点，但是o3型层状过渡金属氧化物材料体相中钠离子含量多，钠层间距大，导致材料易于空气中的水和二氧化碳反应，钠离子从体相中脱出，导致材料表面残碱高，影响材料的加工和循环性能。充电至4.1v以上时虽然可以显著提升材料的能量密度，但是高电压下(4.1v以上)由于材料发生深度钠离子脱嵌，单个晶胞各向异性增加，导致材料会产生微裂纹，此外高电压还会发生电解液的分解，导致o3型材料与电解质界面电阻增加，导致电池容量衰减严重，电池寿命远不能达到实际需求。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的问题，本专利技术利用二维mxene与o3型镍铁锰基正极材料进行复合，通过纳米级的薄层二维mxene材料作为中间层，减少o3型镍铁锰基正极材料与空气中的水和co2的接触，抑制钠离子从体相中
2、为了达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种mxene材料复合镍铁锰基正极材料，所述mxene材料复合镍铁锰基正极材料的化学式为：naniafebmnctmdo2@mxene，其中tm为mg、al、ti、zn、zr、cu、nb、w、mo中的一种或多种，其中a，b，c，d取值取决于电荷平衡，mxene中m为ti、nb、v、mo、ta、cr、hf中的一种或多种，x为c或者n，ene表示石墨烯的结构单元。
3、在其中一个实施例中，所述mxene材料为单层片状结构，电导率超过3000s cm-1。
4、本专利技术还提供了上述mxene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：
5、s1、将化学计量比的锰盐、镍盐、铁盐以及tm盐的溶液在保护气氛下加入沉淀剂和络合剂，共沉淀反应后获得氢氧化物前驱体，在将所述前驱体与钠盐高温烧结，获得镍铁锰基正极材料；
6、s2、将氟盐加入到酸性溶液中，并缓慢加入max相材料，水浴加热反应后离心洗涤获得混合物材料，将所述混合物材料超声分散，再进行离心取固体进行干燥获得mxene材料；
7、s3、将所述镍铁锰基正极材料和mxene材料加入至溶剂中超声分散后，恒温条件下进行搅拌，蒸干后获得mxene材料复合镍铁锰基正极材料。
8、在其中一个实施例中，在步骤s1中，所述tm盐为mg、al、ti、zn、zr、cu、nb、w、mo的可溶性硫酸盐、草酸盐、乙酸盐、硝酸盐或氯化盐中的一种或多种；所述高温烧结的温度为800-900℃，烧结时间为6-20h。
9、在其中一个实施例中，在步骤s2中，所述氟盐为lif、naf、kf中的一种或多种；所述酸性溶液为hcl、h2so4、hno3溶液中的一种或多种；所述氟盐与max材料的质量比为1：(0.1-10)，所述酸性溶液max材料的液固比为(1-20)：1。
10、在其中一个实施例中，在步骤s2中，所述水浴加热反应的温度为25～95℃，时间为4～48h；所述离心洗涤过程ph为6.8-7。
11、在其中一个实施例中，在步骤s3中，所述镍铁锰基正极材料与mxene材料的质量比为1：(0.001～0.05)；所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、丙酮中的一种或多种；所述镍铁锰基正极材料和mxene材料与溶剂的液固比为(10-100)：1。
12、在其中一个实施例中，所述超声分散的时间为0.5-5h；所述恒温条件下进行搅拌处理中温度为40-80℃，时间为4～24h。
13、基于同一专利技术构思的，本专利技术实施例还提供了一种正极极片，所述正极极片包括集流体和位于所述集流体表面的活性层，所述活性层包括上述mxene材料复合的镍铁锰基正极材料。
14、基于同一专利技术构思的，本专利技术实施例还提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池包括上述正极极片。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
16、(1)本专利技术的mxene材料复合的镍铁锰基正极材料通过纳米级的薄层二维mxene材料作为中间层，减少o3型镍铁锰基正极材料与空气中的水和co2的接触，抑制钠离子从体相中脱出，提升材料的空气稳定性。mxene材料特有的薄层结构能够紧密的包覆在材料表面，显著增加颗粒的机械强度，减少循环过程中微裂纹的产生，同时还能够抑制电解质与o3型镍铁锰基正极材料的界面副反应，减少了电解质的分解以及电解质对材料的侵蚀，防止材料结构由外向内破坏，从而提升电池的循环寿命。由于mxene材料为纳米级薄层，复合后不会因为包覆层过厚而降低材料的放电比容量；同时可以增强o3型镍铁锰基正极材料的电子导电性，能够在充放电过程中更充分的发挥材料的电化学性能，并且mxene材料修饰后的界面在充放电过程中能够形成更稳定的cei膜，从而降低界面阻抗，从而提供更高的容量。在2-4.1v电压区间内，材料在0.1c电流倍率下的放电比容量能够达到155.86mah g-1，材料在1c电流倍率下循环100次的容量保持率仍有86.47％。
17、(2)本专利技术的mxene材料复合的镍铁锰基正极材料的制备方法包括共沉淀、高温烧结、超声和离心等步骤，原料易得、合成方法简单、易操作、合成周期短，易于实现产业化生产；且利用该正极材料制备获得的电池安全有效，经济环保。
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1.一种MXene材料复合镍铁锰基正极材料，其特征在于，所述MXene材料复合镍铁锰基正极材料的化学式为：NaNiaFebMncTMdO2@MXene，其中TM为Mg、Al、Ti、Zn、Zr、Cu、Nb、W、Mo中的一种或多种，其中a，b，c，d取值取决于电荷平衡，MXene中M为Ti、Nb、V、Mo、Ta、Cr、Hf中的一种或多种，X为C或者N，ene表示石墨烯的结构单元。
2.根据权利要求1所述的MXene材料复合镍铁锰基正极材料，其特征在于，所述MXene材料为单层片状结构，电导率超过3000S cm-1。
3.如权利要求1-2任一所述的MXene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的MXene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述TM盐为Mg、Al、Ti、Zn、Zr、Cu、Nb、W、Mo的可溶性硫酸盐、草酸盐、乙酸盐、硝酸盐或氯化盐中的一种或多种；所述高温烧结的温度为800-900℃，烧结时间为6-20h。
5.根据权利要求3所述的MXene材料复
6.根据权利要求3所述的MXene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述水浴加热反应的温度为25～95℃，时间为4～48h；所述离心洗涤过程pH为6.8-7。
7.根据权利要求3所述的MXene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述镍铁锰基正极材料与MXene材料的质量比为1：(0.001～0.05)；所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、丙酮中的一种或多种；所述镍铁锰基正极材料和MXene材料与溶剂的液固比为(10-100)：1。
8.根据权利要求3所述的MXene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为0.5-5h；所述恒温条件下进行搅拌处理中温度为40-80℃，时间为4～24h。
9.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括集流体和位于所述集流体表面的活性层，所述活性层包括权利要求1-2任一所述的MXene材料复合的镍铁锰基正极材料。
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括权利要求9述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种mxene材料复合镍铁锰基正极材料，其特征在于，所述mxene材料复合镍铁锰基正极材料的化学式为：naniafebmnctmdo2@mxene，其中tm为mg、al、ti、zn、zr、cu、nb、w、mo中的一种或多种，其中a，b，c，d取值取决于电荷平衡，mxene中m为ti、nb、v、mo、ta、cr、hf中的一种或多种，x为c或者n，ene表示石墨烯的结构单元。
2.根据权利要求1所述的mxene材料复合镍铁锰基正极材料，其特征在于，所述mxene材料为单层片状结构，电导率超过3000s cm-1。
3.如权利要求1-2任一所述的mxene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的mxene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述tm盐为mg、al、ti、zn、zr、cu、nb、w、mo的可溶性硫酸盐、草酸盐、乙酸盐、硝酸盐或氯化盐中的一种或多种；所述高温烧结的温度为800-900℃，烧结时间为6-20h。
5.根据权利要求3所述的mxene材料复合镍铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述氟盐为lif、naf、kf中的一种或多种；所述酸性溶液为hcl、...
【专利技术属性】
技术研发人员：石靖，李骕，季勇，李国钦，易宇，陈炯彤，王璇，候任伟，金苏丹，
申请(专利权)人：湖南钠能时代科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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