一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法

本发明涉及新型能源储存，具体为一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法。

背景技术：

1、离子电池，包括锂离子电池(libs)和钠离子电池(sibs)，作为绿色能源储能系统，在高能量密度的优势下，已在动力电池领域占据了主导地位。尽管取得了巨大的商业成功，但传统离子电池在循环寿命和快速充电性能方面存在局限性。特别是在低温条件下，这些电池的性能会因为镀锂现象、界面离子溶解不良、电导率降低、电解质冻结和阻抗增加而显著下降。

2、电化学存储反应依赖于金属离子(如li+和na+)在阴极和阳极之间的穿梭，而在快速充电过程中，阳极界面的离子输运行为尤为关键。典型阳极表面的多孔结构对离子动力学起到了重要作用，但在低温环境下，缓慢的离子输运动力学会成为性能瓶颈。

3、为了解决这些问题，研究者对纳米结构电极材料进行了广泛研究，以期提高离子在电极材料中的扩散效率。这些研究涉及到纳米尺度工程、掺杂、涂层、复合、多孔结构和混合材料。表面涂层技术已被证明能有效提升电池的高速率性能，其中包括氧化物、氮化物、碳材料、mofs、cofs和聚合物等材料。这些涂层不仅增强了循环稳定性和倍率性能，还提供了电子转移的通道，如在fe2p4o12@c和sio表面涂层的研究中所展示的那样。然而，离子在电极材料界面上的输运机制仍不明确。

4、碳涂层因其化学稳定性、良好的导电性、低成本和多孔性，在学术和工业应用中得到了广泛应用。尽管碳涂层提升了导电性，但其对离子输运的具体影响及机制尚需深入研究。因此，研究离子在阳极界面的传输对进一步设计和优化碳包覆阳极材料至关重要。

5、目前，商业化的锂离子和钠离子电池负极材料(分别是石墨和硬碳)存在容量有限、比表面积小和低温性能衰减等问题。

6、为此，本发明提出了一种介孔碳包覆ti3c2 mxene纳米片的新型电极材料。这种介孔碳包覆mxene复合材料的离子导电性，为研究全气候离子电池的介孔碳/电解质界面离子传输和吸附动力学提供了理想模型，有望在提高离子电池容量和低温性能方面取得突破。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，以有序的介孔碳壳防止mxene的再堆积，提供高比表面积和快速的离子输送通道，借助mxene的高导电性和稳定性，在室温以及低温下展现出优异的循环稳定性和高速率性能。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，包括以下步骤：

3、a)通过向含有lif和hcl的溶液中缓慢加入max粉末来制备mxene；

4、b)将所述mxene与pluronic@f-127和resol的混合溶液进行水热处理，形成介孔碳包覆的mxene；

5、c)调整所述mxene和pluronic@f-127/resol混合溶液的比例，以控制介孔碳的包覆层数；

6、d)制备包含所述介孔碳包覆mxene的复合电极材料。

7、优选的，所述的mxene的制备步骤包括：在30-50℃下蚀刻24～48小时，并用去离子水洗涤至ph为6～7，随后超声处理和离心以得到mxene的水相分散体。

8、优选的，介孔碳的包覆层数是通过改变mxene分散溶液与pluronic@f-127/resol复合单束溶液的体积比来实现的。

9、优选的，所述mxene分散溶液与pluronic@f-127/resol复合单束溶液的体积比为1～3:11。

10、优选的，所述的介孔碳层包括单层碳包覆和多层碳包覆两种形态。

11、本发明还提供一种电化学存储设备，包括所述方法制备的介孔碳包覆mxene作为电极材料。

12、优选的，所述电极材料是通过将活性物质与导电剂乙炔黑和粘结剂聚丙烯酸按8:1:1的重量比混合制备的。

13、优选的，所述电化学存储设备是锂离子电池或钠离子电池。

14、优选的，所述电池的电解液中的锂盐或钠盐分别为lipf6或napf6。

15、本发明还提供一种使用所述方法制备的介孔碳包覆mxene作为电极材料在低温环境下电池中的应用。

16、本发明提供了一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法。具备以下有益效果：

17、本发明通过简单地控制前驱体和mxene的量，可以合成不同形貌具有有序孔道的三维碳包覆mxene的纳米材料，方法简单且可以重复，并且可以轻松的得到单层的mxene材料和碳层可控的mxene@mesoc纳米材料。同时较传统的商业石墨电极，该材料在电子转移和离子传输、充放电性能、循环寿命上都具有一定的优势。

技术特征：

1.一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，其特征在于，所述的mxene的制备步骤包括：在30-50℃下蚀刻24～48小时，并用去离子水洗涤至ph为6～7，随后超声处理和离心以得到mxene的水相分散体。

3.根据权利要求1所述的一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，其特征在于，介孔碳的包覆层数是通过改变mxene分散溶液与pluronic@f-127/resol复合单束溶液的体积比来实现的。

4.根据权利要求1所述的一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，其特征在于，所述mxene分散溶液与pluronic@f-127/resol复合单束溶液的体积比为1～3:11。

5.根据权利要求1所述的一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，其特征在于，所述的介孔碳层包括单层碳包覆和多层碳包覆两种形态。

6.一种电化学存储设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述方法制备的介孔碳包覆mxene作为电极材料。

7.根据权利要求6所述的电化学存储设备，其特征在于，所述电极材料是通过将活性物质与导电剂乙炔黑和粘结剂聚丙烯酸按8:1:1的重量比混合制备的。

8.根据权利要求6所述的电化学存储设备，其特征在于，所述电化学存储设备是锂离子电池或钠离子电池。

9.根据权利要求8所述的电化学存储设备，其特征在于，所述电池的电解液中的锂盐或钠盐分别为lipf6或napf6。

10.一种使用权利要求1-5任一项所述方法制备的介孔碳包覆mxene作为电极材料在低温环境下电池中的应用。

技术总结本申请涉及新型能源储存领域，公开了一种超薄多孔碳界面的电化学性能增强方法，包括以下步骤：a)通过向含有LiF和HCl的溶液中缓慢加入MAX粉末来制备MXene；b)将所述MXene与Pluronic@F‑127和resol的混合溶液进行水热处理，形成介孔碳包覆的MXene；c)调整所述MXene和Pluronic@F‑127/resol混合溶液的比例，以控制介孔碳的包覆层数；d)制备包含所述介孔碳包覆MXene的复合电极材料。本发明通过简单地控制前驱体和MXene的量，可以合成不同形貌具有有序孔道的三维碳包覆MXene的纳米材料，方法简单且可以重复，并且可以轻松的得到单层的MXene材料和碳层可控的MXene@mesoC纳米材料。同时较传统的商业石墨电极，该材料在电子转移和离子传输、充放电性能、循环寿命上都具有一定的优势。技术研发人员：吕盈盈,于梦佳,施利毅,袁帅受保护的技术使用者：上海大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11