一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料制造技术

本发明专利技术涉及一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，该复合负极材料为负载有碳化钛的硫化亚锡负极材料，其中，碳化钛的负载量为硫化亚锡质量的3‑9％，具体通过以下方法制备得到：将硫源和锡源混合，再加入溶剂搅拌，直到完全溶解，得到硫锡混合液；取碳化钛，加入表面活性剂与去离子水，超声震荡，直至完全溶解，得到碳化钛分散液；将碳化钛分散液加入到硫锡混合液中，并将混合液转移至反应釜中进行水热反应；反应结束后，将所得产物离心、水洗、干燥后研磨，得到粉末产品，将粉末产品在惰性气体氛围中煅烧，随炉冷却至室温，将粉末研磨后即得到产品。该材料相比于纯相硫化亚锡表现出更好的循环性能和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料
本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料。
技术介绍
众所周知，锂离子电池的电化学性能主要是由其电极材料决定的，而锂离子电池的正极材料己经比较成熟，因此负极材料成为目前研究的热点。要成为锂离子电池的负极材料，必须对材料的性能有一些基本的要求：首先，锂的合金化过程的电位要低，尽可能接近金属锂的电位使电池的输出的电压高，并且充放电过程中电压平稳。其次，比容量要高且充放电过程中体积膨胀小。电极材料电子电导率和离子电导率较高利于大电流充放电。最后，电极材料必须具备价格便宜，储量丰富，绿色环保无污染等优点。目前广泛应用的锂离子电池负极材料是碳基材料，主要包括石墨、软碳和硬碳等，其具有优良结构稳定性和容量保持率，但是其比容量仅为372mAh/g，难以满足日益增长的容量需求。因此，锡基材料因为其高的比容量而迅速成为研宄的热点。单质锡的理论容量为990mAh/g，是目前采用的石墨负极材料的三倍，但是在充放电过程中巨大的体积膨胀(300％)引起电极材料的粉化脱落的问题无法解决影响了实际应用。目前人们发现锡基氧化物、锡基硫化物、锡基复合材料以及锡基合金也具有良好的储锂性能。现有技术存在的问题是，硫化亚锡材料的体积膨胀导致其循环稳定性差和倍率性能不佳。针对锡基负极材料SnS充放电过程中巨大的体积变化导致其循环性能差和倍率性能不佳等缺点，目前对其进行改性的研究也很多，而利用二维过渡金属碳化物Ti3C2的层间结构对硫化亚锡负载可有效限制其体积效应以达到提升其循环稳定性与倍率性能的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，该材料表现出更好的循环性能和倍率性能。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，该复合负极材料为负载有碳化钛的硫化亚锡负极材料，其中，碳化钛的负载量为硫化亚锡质量的3-9％，具体通过以下方法制备得到：(1)将硫源与锡源混合，再加入溶剂搅拌，直到完全溶解，得到硫锡混合液；(2)取碳化钛，加入表面活性剂与去离子水，超声震荡，直至完全溶解，得到碳化钛分散液；(3)将碳化钛分散液加入到硫锡混合液中，并将混合液转移至反应釜中进行水热反应；(4)反应结束后，将所得产物离心、水洗、干燥后研磨，得到粉末产品，将粉末产品在惰性气体氛围中煅烧，随炉冷却至室温，将粉末研磨后即得到产品。进一步地，所述硫源、锡源、碳化钛和表面活性剂和摩尔比为1：1：0.0375-0.1125：0.01。进一步地，步骤(1)所述硫源为L-半胖氨酸、硫脲或硫代乙酰胺的一种。进一步地，步骤(1)所述锡源为锡酸钾或六水合次氯化锡。进一步地，步骤(1)所述溶剂为去离子水或无水乙醇。进一步地，步骤(2)所述表面活性剂为邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯。进一步地，步骤(3)水热反应的温度为180℃，反应时间为24小时。进一步地，步骤(4)煅烧时，控制升温速率为3℃/min，升温至600℃，保温2.5h。进一步地，步骤(4)所述惰性气体为氮气或氩气。本专利技术利用二维过渡金属碳化物Ti3C2的表面和层间负载硫化亚锡纳米颗粒，利用碳化钛的空间结构形成缓冲层从而抑制硫化亚锡的体积膨胀是解决锂离子电池负极材料SnS循环性能差和倍率性能不佳的简单而有效地方法。本专利技术提供了一种水热-高温固相法制备复合材料SnS/Ti3C2方法，所得到的复合材料SnS/Ti3C2，相比于纯相硫化亚锡SnS负极材料具有更好的循环性能和倍率性能。本专利技术为二维过渡金属碳化物Ti3C2的表面与层间负载硫化亚锡纳米颗粒，Ti3C2的层状结构为硫化亚锡SnS纳米颗粒提供了抑制其体积效应的缓冲层，而且Ti3C2的层间结构能加快锂离子的传送，这是提高充放电速率的一个重要因素，对比纯相硫化亚锡SnS负极材料，复合材料在循环性能与倍率性能方面都有明显的提升。与现有技术相比，本专利技术将负极材料硫化亚锡SnS负载在二维过渡金属碳化物Ti3C2表面与层间，由于碳化钛材料的层状结构为硫化亚锡在充放电过程中的体积膨胀提供缓冲空间，使得到的复合负极锂离子电池材料具有好的结构稳定性能，其循环性能和倍率性能相对于纯相硫化亚锡SnS负极材料有明显的提升，最终得到一种具有较高充放电容量、优异的循环性能和倍率性能的锂离子电池SnS/Ti3C2负极材料，该复合负极材料在500mA/g下进行充放电，充放电电压范围为0-2.5V，容量大约584mAh/g，并且具有良好的循环稳定性和容量保持率。附图说明图1是对比例1及实施例1-3制备的负极材料的XRD图；图2是对比例1及实施例1-3制备的负极材料的TEM图；图3是对比例1及实施例1-3制备的负极材料在500mA/g下首圈充放电曲线图；图4是对比例1及实施例1-3制备的负极材料在500mA/g下的循环图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。对比例1利用水热法-高温固相法制备纯相SnS负极材料：称取0.528g的L-半胖氨酸、0.364g的锡酸钾于容器中，加入40ml去离子水并磁力搅拌使其溶解混匀，接着将澄清溶液倒入聚四氟乙烯内村的高温反应釜中，然后将反应釜置于180℃的鼓风干燥箱中保温24小时。待反应釜冷却后，将所得产物离心，水洗3次，将黑色固体研磨，得到黑色粉末，将黑色粉末放到管式炉在氮气氛围中进行煅烧，控制升温速率为3℃/min升温至600℃，保温2.5h，然后随炉冷却至室温，得到黑色粉末，使用研钵研磨1h，即的纯相SnS材料。上述所用的L-半胖氨酸和锡酸钾用量，按摩尔比计算L-半胖氨酸：锡酸钾为1：1。实施例1一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，即Ti3C2上负载硫化亚锡SnS复合负极材料，本实施例中复合负极材料SnS/Ti3C2，纯相硫化亚锡负极材料与碳化钛质量比为1：0.03。通过以下方法制备：称取0.528g的L-半膀氨酸和0.364g锡酸钾混合于烧杯中，加入去离子水磁力搅拌直到完全溶解(溶液A)，同时，称取0.045g的碳化钛置于另一烧杯中，加入1ml的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)与去离子水超声震荡直至完全溶解(溶液B)，将溶液B缓慢加入溶液A中形成黑色悬浊液C，将黑色悬浊液C倒入聚四氟乙烯内村的高温反应釜中，然后将反应釜置于180℃的鼓风干燥箱中保温24小时，待反应釜冷却后，将所得产物离心，水洗3次，将黑色固体研磨，得到黑色粉末D，将黑色粉末D放到管式炉在氮气氛围中进行煅烧，控制升温速率为3℃/min升温至600℃，保温2.5h，然后随炉冷却至室温，得到黑色粉末，使用研钵研磨1h，即得到3％碳化钛负载硫化亚锡SnS复合负极材料。上述所用的L-半膀氨酸、锡酸钾、碳化钛、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)，按摩尔计量比，即S：Sn：Ti3C2：PDDA＝1：1：0.0375：0.01。实施例2一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，即Ti3C2上负载硫化亚锡SnS复合负极材料，本实施例中复合负极材料SnS/Ti3C2，纯相硫化亚锡负极材料与碳化钛质量比为1：0.06。具体通过以下步骤制备：称取0.528g的L-半膀氨酸、0.364g锡酸钾混合于烧杯中，加入去离子水磁力搅拌直到完全溶解(溶液A)，同时，称取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，其特征在于，该复合负极材料为负载有碳化钛的硫化亚锡负极材料，其中，碳化钛的负载量为硫化亚锡质量的3‑9％，具体通过以下方法制备得到：(1)将硫源与锡源混合，再加入溶剂搅拌，直到完全溶解，得到硫锡混合液；(2)取碳化钛，加入表面活性剂与去离子水，超声震荡，直至完全溶解，得到碳化钛分散液；(3)将碳化钛分散液加入到硫锡混合液中，并将混合液转移至反应釜中进行水热反应；(4)反应结束后，将所得产物离心、水洗、干燥后研磨，得到粉末产品，将粉末产品在惰性气体氛围中煅烧，随炉冷却至室温，将粉末研磨后即得到产品。

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，其特征在于，该复合负极材料为负载有碳化钛的硫化亚锡负极材料，其中，碳化钛的负载量为硫化亚锡质量的3-9％，具体通过以下方法制备得到：(1)将硫源与锡源混合，再加入溶剂搅拌，直到完全溶解，得到硫锡混合液；(2)取碳化钛，加入表面活性剂与去离子水，超声震荡，直至完全溶解，得到碳化钛分散液；(3)将碳化钛分散液加入到硫锡混合液中，并将混合液转移至反应釜中进行水热反应；(4)反应结束后，将所得产物离心、水洗、干燥后研磨，得到粉末产品，将粉末产品在惰性气体氛围中煅烧，随炉冷却至室温，将粉末研磨后即得到产品。2.根据权利要求1所述的一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，其特征在于，所述硫源、锡源、碳化钛和表面活性剂的摩尔比为1：1：0.0375-0.1125：0.01。3.根据权利要求1所述的一种碳化钛负载硫化亚锡复合负极材料，其特征在于，步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖春艳，艾进进，杨帅，雷轶轲，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31