一种二硫化锡包覆二维层状Ti制造技术

本发明专利技术涉及一种二硫化锡包覆二维层状碳化钛电极材料，层状结构的碳化钛由片状钛碳化铝电解氧化得到，电解所需电解质由NH

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池
本专利技术属于电极材料的制备
，具体涉及一种应用于锂离子电池负极材料的二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池。
技术介绍
锡基材料相对于石墨材料(372mAhg-1)具有超高的理论比容量，其比容量1000mAhg-1左右，有望取代石墨成为下一代锂离子电池的负极材料，二硫化锡在锡基材料当中其键能相对于其他锡基材料较低，可以更好进行合金/脱金化反应，但是二硫化锡作为负极材料在合金/脱金化过程中会产生巨大的体积变化，使得在与集流体复合处出现粉化，降低了与集流体的接触面积，对锂电池比容量的衰减产生了重大的影响。将二硫化锡与有机金属骨架进行复合，有望减轻二硫化锡在充放电过程中体积剧烈变化造成的容量衰减效应，如，碳纳米管、金属有机框架、二维金属材料等，可以在凭借框架提高电子传输效率的同时，有效减缓体积膨胀带来的问题，Ti3C2二维层状材料(MXene)，在锂电池充放电过程具有超长的循环稳定性，被视为极具潜力的负极材料，目前Ti3C2二维层状材料的制备一般是由氢氟酸进行刻蚀，但是氢氟酸危险性极高，极易造成腐蚀，并且残存的F-对电化学性能有着一定程度的影响，所以目前进行电化学氧化还原法进行刻蚀。现有技术如申请公布号为CN108615871A的中国专利技术专利公开了一种锂电池负极材料MXene的制备方法，属于锂电池负极材料的制备领域：该专利技术以MAX粉末作为正极，以IA族或IIA族金属作为负极，然后将正极与负极置于电解液中组成电池体系，进行充放电；完成充放电后，将得到的产物放入酸溶液中浸泡，烘干，即可得到锂电池负极材料MXene。和先前的方案相比，该专利申请以MAX相材料作为正极，以IA族、IIA族金属作为负极，组成电池体系，进行充放电，脱除MAX相材料中的Cr、Al、Si等原子后得到多孔硅结构的MXene材料，该专利技术未采用氢氟酸这种危险、对环境、人体危害大的原料制备MXene材料，和传统的方法相比，本专利技术的制备方法更加安全、环保。但是，现有的技术主要是其刻蚀效率低下，不能进行完全刻蚀，所以不易得到能够与二硫化锡复合的Ti3C2二维框架材料，而使其比容量及使用寿命不能得到有效提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有锂离子电池负极材料低理论容量、低倍率性的问题，提供一种制备方法简便、有效、高比容量、高倍率的一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池，所述二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池由正极、隔膜、电解液、负极、电池壳构成；正极材料为磷酸铁锂活性材料，隔膜为聚烯烃多孔膜，负极为二硫化锡包覆二维层状Ti3C2电极材料；Ti3C2合成原料为AlTi3C2，二硫化锡合成原料为五水合氯化锡、硫代乙酰胺；Ti3C2、二硫化锡合成原料五水合氯化锡、硫代乙酰胺质量份数比例为20～40:20～30:30～60。二维层状Ti3C2通过电解槽电解得到。作为优选，二维层状Ti3C2层间距为1纳米～1.5纳米，单层Ti3C2两端点间距最大尺寸为：1微米～18.6微米。作为优选，电解槽电解液为含有极性溶剂的NH4Cl溶液和四甲基氢氧化铵(TMA·OH)二元水性电解质溶液组成。作为优选，电解槽中电解质为含有占总质量百分比3～5％的极性溶剂，极性溶剂为：N-N二甲基酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮，其质量百分比为：20～30％、30～40％、30％～50％。极性溶剂在二元水性电解质中形成极化分布，二元水性电解质极性由高至低，促进二元水性电解质中Cl-迁移，有利于AlTi3C2的进一步剥离。本专利技术还包括一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2电池的制备方法：1)将AlTi3C2连接至电解池两端，在电解池中加入NH4Cl溶液和四甲基氢氧化铵(TMA·OH)溶液，对阳极AlTi3C2进行电解剥离；2)将步骤1)产物置于一定浓度的盐酸溶液中，洗涤，后蒸馏水洗涤，干燥，干燥温度为10～60℃；3)将步骤2)产物分散于乙醇中搅拌0.5～2h，后加入一定质量的五水合氯化锡和硫代乙酰胺继续搅拌0.5～2h；4)将步骤3)产物60～80℃水浴加热2～3h，乙醇洗涤,置于真空干燥箱中干燥8～10h,温度控制在60～80℃，获得二硫化锡包覆层状Ti3C2电极材料。5)将步骤4)产物作为活性材料，进行电极片制备，并在Ar气氛手套箱内组装成为2025型纽扣电池，活性材料、导电剂、粘结剂重量百分比含量为：80％、10％、10％，制备得到二硫化锡包覆二维层状Ti3C2电池。作为优选，四甲基氢氧化铵(TMA·OH)的浓度为0.3～4mol/l,pH大于9，电解池电压控制在1～10V。当电压大于10V时，电解速率过快，容易造成刻蚀后的二维层状Ti3C2两端点间距最大尺寸变小，二硫化锡负载困难，二硫化锡包覆二维层状Ti3C2电极材料比容量降低。作为优选，AlTi3C2电解前预先置于盐酸溶液中酸化处理，酸化处理目的在于提高电解过程中的剥离性，获得大尺寸层状二维Ti3C2，提升二硫化锡的负载率，从而提升电极材料的电化学性能。二维层状Ti3C2由AlTi3C2电解刻蚀得到，二硫化锡采用水热法原位生长在二维层状Ti3C2表面，电解所需电解质由NH4Cl溶液和四甲基氢氧化铵(TMA·OH)溶液组成。电解质采用二元水性电解质，其反应原理如下：AlTi3C2–3e-+3Cl-＝Ti3C2+AlCl3Ti3C2+2OH-–2e-＝Ti3C2(OH)2Ti3C2+2H2O＝Ti3C2(OH)2+H2随后反应产生的AlCl3和二元水性电解质中的NH4+和电解池阴极产生的OH-反应得到NH3·H2O，利用AlCl3与其反应，可以再次得到Cl-,有利于反应的继续进行直至完全刻蚀，有利于得到完全刻蚀的层状Ti3C2；其反应原理如下：电解后的二维层状Ti3C2置于二甲基四氢呋喃水溶液当中搅拌，部分二甲基四氢呋喃沉积在二维层状Ti3C2表面，负载二硫化锡后，含有的微量二甲基四氢呋喃在充放电过程中可以与Li+发生配位作用，有利于增强Li+的传导率。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1)电解槽刻蚀，不使用任何还有F-刻蚀溶液，如HF、LiF/HCl等刻蚀溶液，消除了F-对电极材料的影响，也减少了对环境的危害，降低了材料合成的风险；2)电解池溶液采用二元水性电解质，二元水性电解质中含有的少量极性溶剂在二元水性电解质中形成极化分布，二元水性电解质极性由高至低，促进二元水性电解质中Cl-迁移，有利于Ti3C2化铝的进一步剥离；3)本专利技术所制备得到的二维层状Ti3C2层间距为1纳米～1.5纳米，单层Ti3C2两端点间距最大尺寸为：1微米～18.6微米，利于二硫化锡的生长；4)通过控制温度调控二硫化锡的纳米颗粒尺寸，使得二硫化锡可以均匀的附着在Ti3C2层状结构表面；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化锡包覆二维层状Ti

【技术特征摘要】
1.一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池由正极、隔膜、电解液、负极、电池壳构成；正极材料为磷酸铁锂活性材料，隔膜为聚烯烃多孔膜，负极为二硫化锡包覆二维层状Ti3C2电极材料；Ti3C2合成原料为AlTi3C2，二硫化锡合成原料为五水合氯化锡、硫代硫酸钠；Ti3C2、二硫化锡合成原料五水合氯化锡、硫代乙酰胺质量份数比例为20～40:20～30:30～60；二维层状Ti3C2通过电解槽电解得到。


2.根据权利要求1所述一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池，其特征在于，所述二维层状Ti3C2层间距为1纳米～1.5纳米，单层Ti3C2两端点间距最大尺寸为：1微米～18.6微米。


3.根根据权利要求1所述一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池，其特征在于，所述电解槽的电解液为含有极性溶剂的NH4Cl溶液和四甲基氢氧化铵(TMA·OH)二元水性电解质溶液。


4.根根据权利要求3所述一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池，其特征在于，所述电解槽中的电解液含有占总质量百分比3～5％的极性溶剂，极性溶剂为：N-N二甲基酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮，其质量百分比为：20～30％、30～40％、30％～50％。


5.权利要求1所述的一种二硫化锡包覆二维层状Ti3C2锂离子电池的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟日城，
申请(专利权)人：杭州肄康新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33