能源是人类赖以生存的基础,但人们对石油等化石燃料的过度使用,给地球造成了沉重的负担,引发温室效应,空气质量下降等一系列环境问题,直接威胁人类的身体健康。于是积极寻求解决良策.提高能源利用率,减少煤和石油的用量是全世界能源发展的必然选择。随着人们环保意识的日益增强和对资源利用率的关注,可充电电池逐渐成为研究的焦点,而锂原电池的成功应用大大推动了锂离子电池的研究和发展,使锂离子电池成为关注的重点。锂离子电池负极材料是锂离子电池的重要组成部分,负极材料的组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有决定性的影响。从锂离子电池的发展简史看,负极材料的发展促使锂离子电池进入商业化阶段。石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点,成为目前主流的商业化锂离子电池负极材料。但由于石墨本身结构特性的制约,石墨负极材料的发展也遇到了瓶颈,比如比容量已经到达极限、不能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电能力等。近几年来,石墨烯等二维（2D）材料由于具有高导电性、高导热性、高比表面积、等诸多优良特性,在一定程度上对解决上述问题有着非常重要的理论和工程价值。在众多二维材料中,一种被称为MXene的2D过渡金属碳化物（如Ti₂CT_x）或氮化物（例如,Ti₄N₃T_X）系列材料已成为当前能源领域的关注热点。鉴于MXene是通过液相刻蚀法制备生产的,其更准确的表述方式应为M_n+1X_nT_x,其中T代表表面官能团,如O、F等,刻蚀得到的粉末可通过插层法和超声法剥离为单片层。由于其具有高的类金属导电性,优良的电化学反应活性和亲水性等特点,MXene在超级电容器中表现出了优异的性能。与此同时,MXene材料优良的电导率和阳离子嵌入能力使其成为最有前景的负极材料之一。本论文的研究重点为MXene相Nb₄C₃T_x材料的合成制备,电化学性能测试,反应过程中固体电解质界面膜（SEI）的变化,以及其复合材料的锂电池性能的研究,具体内容如下:以商用铌粉、铝粉、炭黑为原料,采用固相烧结法,通过调整原子比例,烧结温度以及保温时间制备MAX相Nb₄AlC₃,以此为基础将Nb₄AlC₃与氢氟酸以不同质量比进行混合反应,通过XRD、扫描电镜、透射电镜、红外光谱、XPS等测试手段,对制备样品的结晶度、形貌、化学成分等进行研究,然后结合循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等分析方法对材料在锂电池中的性能进行分析。结果显示Nb₄C₃T_x的层间距在Li离子嵌入脱出的过程中能够逐渐打开,使得容量逐渐升高,例如,在100 mA g^-1的电流密度下,容量由最初的310 mAh g^-1逐渐升高到380 mAh g^-1。在反应过程中,由于体积的逐渐增大,使得表面SEI膜逐渐破裂,最后随着反应的进行,容量和层状结构逐渐趋于稳定,同时SEI膜稳定存在。以Nb₄C₃T_x和Ti₃C₂T_x为原料合成Ti₃C₂T_x/Nb₄C₃T_x复合材料,从扫描电镜和透射电镜中我们发现Ti₃C₂T_x由于较柔软的质地,被剥离成单片层,用烘箱烘干后,其层状结构有再次堆叠的现象,而Nb₄C₃T_x是块体材料,能够在锂离子的嵌入脱出过程中体积逐渐增大,加入到Ti₃C₂T_x层中,不仅能够支撑起层状的框架,减少其堆叠的现象,使得更多的锂离子能够进入到层间,而且其较高的电导率可提供更多的容量。锂电池测试结果表明,Ti₃C₂T_x/Nb₄C₃T_x复合材料在倍率性能测试和循环性能测试中的表现均优于原始材料。