一种薄膜电极材料及其制备方法和钠离子电池

本发明属于钠离子电池，具体涉及种薄膜电极材料及其制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、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。

2、钠离子电池作为一种新兴的储能技术，由于其丰富的钠资源、较低的成本以及稳定的电化学性能而被视为锂离子电池的有力竞争者，近年来受到了人们的广泛关注和深入研究。

3、负极材料作为钠离子电池的重要组成部分，会直接影响到电池的性能。目前钠离子电池负极材料主要包括碳基材料、纯金属材料和合金材料等。其中，碳基材料储钠容量相对较低，难以满足高能量密度需求。纯金属材料的电化学稳定性较差，易在充放电过程中产生枝晶，引发安全隐患。而合金化材料由于其具有较高的理论容量、结构稳定等特点受到了广泛的关注。不过合金材料在嵌钠/脱钠过程中易产生严重的体积变化，导致电极材料粉化和容量衰减。同时合金材料的循环性能较差，难以满足长期稳定运行的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种薄膜电极材料及其制备方法和钠离子电池，通过在伍德合金表面生成二维层状mxene，获得了mxene改性伍德合金薄膜电极材料，提高了材料的导电性与材料稳定性，从而使其电化学性能得到提升。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、第一方面，一种薄膜电极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将伍德合金加热至80～100℃的熔融状态后，在金属箔上刮涂厚度为5～100μm的伍德合金层，获得电极材料；

5、s2、制备浓度为1～2mg/ml的mxene溶液；所述mxene包括：钛基mxene、铌基mxene、钒基mxene和钼基mxene中的一种或多种。

6、s3、将s1中获得的电极材料浸泡于s2中获得的mxene溶液中0.5～12h，取出后在35～55℃下烘干1～2h，获得薄膜电极材料。

7、可选的，s1中，所述金属箔包括：铜箔、铝箔或银箔；金属箔的厚度为10～20μm。

8、可选的，s1中，所述伍德合金的组分及比例包括：50％铋(bi)、25％铅(pb)、12.5％锡(sn)和12.5％镉(cd)。

9、可选的，s2中，所述mxene溶液的溶剂为水。

10、可选的，s2中，所述mxene的一般通式为mn+1xntx，n＝1～3；其中，m代表过渡族金属，包括：ti、nb、v和mo中的一种；x代表c或n；t代表官能团，包括：-oh，-f和-o中的一种。

11、可选的，所述mxene为ti3alc2、nb2alc、v2alc或mo2tic2中的一种。

12、可选的，s3中，所述mxene溶液保持在室温。

13、第二方面，上述的薄膜电极材料的制备方法制备获得的薄膜电极材料，在电极材料的伍德合金层表面覆盖有二维层状的mxene材料，mxene材料层的厚度为50nm～1μm。

14、第三方面，一种钠离子电池，包括电池负极，所述电池负极包括上述的薄膜电极材料。

15、可选的，所述钠离子电池的工作电极为金属钠；所述钠离子电池的电解液包括：napf6的二乙二醇二甲醚溶液，napf6的浓度为1～1.5m。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明制备方法简单，伍德合金能够以刮涂的方法制备电极，二维层状mxene的厚度能够通过改变浸泡时间而调整，工艺过程简单高效，安全无毒。本发明以伍德合金作为负极材料，伍德合金作为一种合金化材料包括多种金属组分，能够利用合金中多种金属原子对钠原子表面迁移能垒的影响来提升复合负极的性能，使电池负极的容量更大，适应高能量密度需求；在伍德合金表面制备mxene层，mxene层的分级多孔结构和良好的机械性能，具有更高的反应活性，有效改善电池的电化学性能，同时能够有效调整钠离子的嵌钠/脱钠路径，避免产生严重的体积变化，提高电极的循环性能，以满足长期稳定运行的需求。

技术特征：

1.一种薄膜电极材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的薄膜电极材料的制备方法，其特征是，s1中，所述金属箔包括：铜箔、铝箔或银箔；金属箔的厚度为10～20μm。

3.如权利要求1所述的薄膜电极材料的制备方法，其特征是，s1中，所述伍德合金的组分及质量比例为：50％铋、25％铅、12.5％锡和12.5％镉。

4.如权利要求1所述的薄膜电极材料的制备方法，其特征是，s2中，所述mxene溶液的溶剂为水。

5.如权利要求1所述的薄膜电极材料的制备方法，其特征是，s2中，所述mxene的一般通式为mn+1xntx，n＝1～3；其中，m代表过渡族金属，包括：ti、nb、v和mo中的一种；x代表c或n；t代表官能团，包括：-oh，-f和-o中的一种。

6.如权利要求5所述的薄膜电极材料的制备方法，其特征是，s2中，所述mxene为ti3alc2、nb2alc、v2alc或mo2tic2中的一种。

7.如权利要求1所述的薄膜电极材料的制备方法，其特征是，s3中所述mxene溶液保持在室温。

8.一种如权利要求1～7任一所述的薄膜电极材料的制备方法制备获得的薄膜电极材料，其特征是，在电极材料的伍德合金层表面覆盖有二维层状的mxene材料，mxene材料层的厚度为50nm～1μm。

9.一种钠离子电池，包括电池负极，其特征是，所述电池负极包括如权利要求8所述的薄膜电极材料。

10.如权利要求9所述的钠离子电池，其特征是，所述钠离子电池的工作电极为金属钠；所述钠离子电池的电解液包括：napf6的二乙二醇二甲醚溶液，napf6的浓度为1～1.5m。

技术总结本发明涉及一种薄膜电极材料及其制备方法和钠离子电池，属于钠离子电池技术领域。制备方法包括以下步骤：S1、将伍德合金加热至80～100℃的熔融状态后，在金属箔上刮涂厚度为5～100μm的伍德合金层，获得电极材料；S2、制备浓度为1～2mg/mL的MXene溶液；所述MXene包括：钛基MXene、铌基MXene、钒基MXene和钼基MXene中的一种或多种；S3、将S1中获得的电极材料浸泡于S2中获得的MXene溶液中0.5～12h，取出后在35～55℃下烘干1～2h，获得薄膜电极材料。伍德合金使电池负极的容量更大，MXene层的分级多孔结构和良好的机械性能，有效改善电池的电化学性能。技术研发人员：张志薇,刘锡鲁,王儒涛,吴东亭,秦玉莹受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4