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一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法[发明专利

一、背景技术

(1)随着科技的飞速发展，锂离子电池作为便携式电子设备和电动汽车等领域的能量存储装置，其性能直接影响着设备的续航能力和使用体验。近年来，正极材料的研究成为提高锂离子电池性能的关键。目前，商业化的锂离子电池正极材料主要包括锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍钴锰氧化物（LiNiMnCoO2，简称NMC）等。然而，这些材料存在成本高、安全性差等问题，限制了锂离子电池的进一步应用。

(2)为了解决上述问题，研究人员不断探索新型正极材料。MXene材料作为一种二维过渡金属碳化物/碳氮化物，具有优异的电子性能和独特的二维结构，近年来引起了广泛关注。MXene纳米材料具有高比表面积、高导电性、优异的离子传输性能等特点，有望成为下一代高性能锂离子电池正极材料。研究表明，MXene纳米材料在锂离子电池中的循环稳定性、倍率性能等方面具有显著优势。

(3)然而，MXene材料在实际应用中仍存在一些问题，如电化学活性低、离子传输能力不足等。为了提高MXene材料的性能，研究人员尝试了多种改性方法，如金属掺杂、表面修饰等。其中，MXene纳米点包覆改性是一种有效的方法，能够提高MXene材料的电化学活性、离子传输能力和循环稳定性。已有研究表明，MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料在循环性能、倍率性能等方面表现出优异的性能，有望在未来电池领域得到广泛应用。

二、发明内容

(1)本发明提供了一种MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料，该材料通过MXene纳米点的包覆改性，显著提高了锂离子电池正极材料的电化学性能。具体来说，通过优化MXene纳米点的尺寸和分布，成功提升了材料的倍率性能，使其在高电流密度下仍能保持良好的循环稳定性。例如，在1C的电流密度下，该材料的循环寿命达到1000次以上，容量保持率超过90%。

(2)本发明的MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料，通过特定的制备工艺，实现了MXene纳米点在正极材料表面的均匀包覆，有效提高了材料的电子导电性和离子扩散速率。实验数据显示，与未改性的正极材料相比，MXene纳米点包覆改性材料在0.5C的电流密度下，充放电容量提高了15%，同时，材料的首次库仑效率也得到了显著提升。

(3)本发明采用了一种独特的制备方法，该制备方法包括MXene纳米点的合成、表面修饰以及与正极材料的复合。通过控制合成过程中的参数，如反应温度、时间等，可以精确调控MXene纳米点的尺寸和形貌。此外，通过表面修饰技术，可以进一步提高MXene纳米点的化学稳定性和电化学活性。实际应用案例表明，使用本发明制备的MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料，在电动汽车、便携式电子设备等领域具有广阔的应用前景。

三、MXene纳米点包覆改性的锂离子电池正极材料的制备方法

(1)本制备方法首先采用水热法合成MXene纳米点，通过精确控制反应条件，如温度、时间、溶剂等，确保MXene纳米点具有理想的尺寸和形貌。合成过程中，选用过渡金属盐作为前驱体，通过水解、氧化和还原反应生成MXene纳米点。

(2)得到MXene纳米点后，将其与锂离子电池正极材料进行复合，复合过程中采用物理混合或化学键合的方式，确保MXene纳米点均匀分散在正极材料中。物理混合法通过球磨、超声波等方法实现，化学键合法则通过表面修饰或掺杂等手段实现。复合过程中，需要控制MXene纳米点的添加量，以避免对正极材料的性能产生不利影响。

(3)复合后的MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料，通过高温烧结工艺进行固化和热处理，以提高材料的结构和稳定性。烧结过程中，控制烧结温度和时间，以确保MXene纳米点与正极材料之间形成良好的结合。最后，通过电解液浸泡、干燥等步骤，制备出具有优异电化学性能的MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料。

四、MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料的性能

(1)MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料在电化学性能方面表现出显著优势。在充放电循环过程中，该材料展现出优异的循环稳定性，循环寿命超过1000次，容量保持率高达90%以上。与传统正极材料相比，MXene纳米点包覆材料在循环过程中表现出更低的不可逆容量损失。

(2)该材料的倍率性能同样出色，在1C的电流密度下，其放电容量可达200mAh/g，远高于未改性的锂离子电池正极材料。在快速充放电过程中，MXene纳米点包覆改性材料的电压平台稳定性得到了有效提高，确保了电池的稳定输出。

(3)在安全性方面，MXene纳米点包覆改性锂离子电池正极材料表现出良好的热稳定性。在高温环境下，该材料的结构保持稳定，不会发生分解或燃烧。此外，MXene纳米点的加入有助于降低电池