Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法。Ti3C2@SnSx（x=1、2）复合材料是通过Ti3C2层之间插入Sn

【技术实现步骤摘要】
Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法
本专利技术属于锂、钠、钾离子电池
，具体涉及一种锂、钠、钾离子电池负极材料的处理方法及产品。
技术介绍
电池负极材料中，二维层状材料因其优异的储锂、钠、钾性能而备受关注。最近，一种新型的二维层状材料MXene引起了大家的广泛关注。MXene具有和石墨烯类似的层状结构，大的比表面积使其具有优异的储锂、钠、钾性能，层间距可调使其具有有别于其他二维层状材料的显著优势，是一种非常有研究价值和研究潜力的锂、钠、钾离子电池负极材料。Ti3C2（MXene）作为一二维层状纳米材料因其拥有良好的导电性、独特的金属离子吸附特性和较低的平台电压引起了广泛的关注，但其低的理论容量限制了它在电池应用上的进一步应用，而硫化亚锡和硫化锡具有很高的理论容量，但因为它们的导电性差而限制了它们的进一步应用，因此，本专利技术以Ti3C2为基底，通过水热法和高温处理，成功制备Ti3C2@SnSx（x=1、2）材料，并且在储能上进行了应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于：（1）提供一种制备Ti3C2@SnSx（x=1、2）锂、钠、钾离子电池负极材料的方法；（2）通过所述方法制备的Ti3C2@SnSx（x=1、2）材料具有独特的形貌、较大的比表面积、电化学性能良好的优点；（3）Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料在锂、钠、钾离子电池上的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1.Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）刻蚀Ti3AlC2：将Ti3AlC2慢慢加入到氢氟酸溶液中，并搅拌5小时后，水和乙醇离心洗涤3~5次收集，最后在60摄氏度干燥12小时得到Ti3C2。（2）将已经刻蚀好的Ti3C2超声分散于无水乙醇溶液中，依次加入锡源和硫源在，常温搅拌2~6h后，通过一步水热法合成Ti3C2@SnSx复合材料，并且60摄氏度干燥12小时。（3）在氩气气氛保护下，将Ti3C2@SnSx复合材料进行高温处理得到Ti3C2@SnSx负极材料。进一步，步骤（1）中，使用的氢氟酸质量浓度为30%，Ti3AlC2与氢氟酸的比例为1：20（克：毫升），离心速率为10000转/分钟，每次离心时间为15分钟。进一步，步骤（2）中锡源、硫源和Ti3C2的摩尔比为1：1：1~1：4：1。进一步，步骤（3）中温度为600摄氏度，保持时间为2~6小时。进一步，步骤（2）中水热法合成的反应条件为：水热温度为120~160摄氏度，保持时间为8~24小时。进一步，步骤（2）中锡源包括四水锡酸钠、五水四氯化钠、三水锡酸钾及其它可溶于无水乙醇的四价锡源的一种或几种；所述步骤（2）中硫源为L-半胱氨酸、硫脲、硫化钠、硫代乙酰胺及其它可溶于无水乙醇的负二价硫源的一种或几种。2.采用由上面任一项所述方法制备Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料。3.采用由上面所述方法制备的Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料在锂、钠、钾离子半电池上的储能应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了Ti3C2@SnSx（x=1、2）锂、钠、钾离子电池负极材料的制备方法和产品。提供的制备方法简便、成本低，Ti3C2@SnS作为锂、钠、钾离子电池负极材料具有较高的比容量和良好的循环性能。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明。图1为实施例1所得Ti3C2的场发射扫描电镜图。图2为实施例1所得Ti3C2@SnSx（x=1、2）的场发射扫描电镜图。图3为实施例1所得Ti3C2@SnSx（x=1、2）的物相XRD图。图4为实施例2所述Ti3C2@SnSx（x=1、2）的锂离子电池电化学性能图。图5为实施例2所述Ti3C2@SnSx（x=1、2）的钠离子电池电化学性能图。图6为实施例2所述Ti3C2@SnSx（x=1、2）的钾离子电池电化学性能图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1Ti3C2@SnSx负极材料的制备称取500mg的Ti3AlC2慢慢加入到盛有10mL40%的氢氟酸溶液的聚四氟乙烯烧杯中，接着室温搅拌5小时，然后10000转/分钟离心洗涤2~3次，将所得Ti3C2在60摄氏度下干燥12小时，得到的Ti3C2的形貌如图1中所示，具有明显的层状结构；称取50mgTi3C2分散于20mL无水乙醇中，超声15分钟后加入96mg五水四氯化锡，超声15分钟后，剧烈搅拌下加入硫代乙酰胺85mg，保持搅拌3-6小时后置于50mL反应釜内胆中，160摄氏度下保温12小时后抽滤，用二次水和乙醇洗涤后收集、60摄氏度烘干，最后在600摄氏度氩气气氛保护下保温4小时，得到Ti3C2@SnSx负极材料，其形貌如图2所示，所得材料物相表征如图3所示，说明通过此种方法可以成功制备Ti3C2@SnSx锂、钠、钾离子电池负极材料。实施例2将Ti3C2@SnSx负极材料用于电池的制备及电化学性能测试（1）取实施例1制备的Ti3C2@SnSx负极材料作为活性物质与乙炔黑和羧甲基纤维素按照质量比8：1：1混合后，加入少量水，在玛瑙研钵里研磨20分钟，得到黑色粘稠的负极浆料。取负极浆料均匀地涂在铜箔上（直径约19mm），120℃真空干燥12小时，即得负极片。（2）半电池组装：将正极材料、隔膜以及步骤（1）中制成的负极片进行纽扣电池的组装，使用的纽扣电池型号为CR2032，隔膜型号为whatmanGF/D，锂离子电池电解液为1MLiPF6（溶剂是碳酸乙烯酯（EC）：碳酸二甲酯（DMC）为1：1的混合液溶剂）、钠离子电池电解液为1M的NaClO4溶液（溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯按体积比1:1组成的混合液）、钾离子电池的电解液为0.8MKPF6（溶剂是碳酸乙烯酯（EC）：碳酸二甲酯（DMC）为1：1的混合液溶剂）。组装完毕后，将电池移出手套箱，在30摄氏度下静置6h后在Land测试系统上进行电化学性能测试。测试电压范围为0.01~3V。所得结果如图4、5、6所示。从图4所示，该材料作为锂离子电池负极时，在50mAg-1的电流密度下下首次放电比容量可达到723mAhg-1，且具有较好的循环性能。从图5a所示，所得Ti3C2@SnSx作为钠离子电池负极材料有两个个充电平台分别在0.1V和0.6V左右，对于钠离子电池负极来说该材料电压平台较低，平台较明显且较平缓，有商业化的价值。在第一圈时有两个放电平台分别在1V和0.02V左右，具有较低的平台，第二圈开始由于生成了SEI膜，而分成三个放电平台，分别位于1.2V、0.7V和0.02V左右，图5b表明该材料在200mAg-1的电流密度下下首次放电比容量可达到675mAhg-1，并且具有良好的循环性能。从图6所示，该材料作为钾离子电池负极时，在50mAg-1的电流密度下下首次放电比容量可达到586mAhg-1，且具有较好的循环性能。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本专利技术进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本专利技术权利要求书所限定的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：（1）刻蚀Ti3AlC2：将Ti3AlC2慢慢加入到氢氟酸溶液中进行刻蚀，并搅拌3~6小时后，用水和乙醇离心洗涤3~5次后收集，并且在60摄氏度下干燥12小时，得到刻蚀好的Ti3C2；（2）将已经刻蚀好的Ti3C2超声分散于无水乙醇溶液中，依次加入锡源和硫源，常温搅拌2~6小时后，水热合成Ti3C2@SnSx复合材料，并且在60摄氏度干燥12小时；（3）最后，将步骤（2）得到的Ti3C2@SnSx复合材料在氩气气氛保护下，用管式炉中高温处理得到Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料。

【技术特征摘要】
1.Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：（1）刻蚀Ti3AlC2：将Ti3AlC2慢慢加入到氢氟酸溶液中进行刻蚀，并搅拌3~6小时后，用水和乙醇离心洗涤3~5次后收集，并且在60摄氏度下干燥12小时，得到刻蚀好的Ti3C2；（2）将已经刻蚀好的Ti3C2超声分散于无水乙醇溶液中，依次加入锡源和硫源，常温搅拌2~6小时后，水热合成Ti3C2@SnSx复合材料，并且在60摄氏度干燥12小时；（3）最后，将步骤（2）得到的Ti3C2@SnSx复合材料在氩气气氛保护下，用管式炉中高温处理得到Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料。2.如权利要求1所述的Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，使用的氢氟酸质量浓度为40%，Ti3AlC2与氢氟酸的比例为1：20（克：毫升），离心速率为10000转/分钟，每次离心时间为15分钟。3.如权利要求1所述的Ti3C2@SnSx（x=1、2）负极材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐茂文，张有泉，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50