一种基于Ti2CT制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，具体为一种基于Ti2CT

A ti2ct based

【技术实现步骤摘要】
一种基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体为一种基于Ti2CT
x
迈科烯(MXene)的高倍率锂离子电池负极材料制备方法。

技术介绍

[0002]目前，生活生产中最常用的电化学储能器件主要可以分为两大类，一类为锂离子电池，另一类为超级电容器。前者一般通过锂离子向电极材料晶格内部嵌入/脱出实现电能与化学能的相互转化，优点是容量较高，缺点是倍率性能一般较差。后者则一般通过静电吸附(双电层电容器)或表面的氧化还原反应(赝电容)储存能量，优点是倍率性能好，但是容量普遍偏低。近年来，一类新型的电化学储能材料被开发出来，其特点为材料一般为原子级厚度的二维薄片组成，片层内一般含有可变价的金属元素，片层之间的距离较大，方便离子在层间扩散，这类材料兼具较高的容量与良好的倍率性能，被称为插层赝电容
[1]。二维材料迈科烯(MXene)，作为MAX相陶瓷的衍生物，就是一类重要插层赝电容材料。MAX相陶瓷是一类三元层状碳氮化合物的统称，其化学通式可以表达为M
n+1
AX
n
(n＝1、2、3)，其中M指早期过渡族金属元素，A主要指第三、四主族元素，X指碳和/或氮元素
[2]。目前已制备出来的MAX相已经超过七十种
[3]，Ti2AlC就是其中典型的一员
[4]。由于MX之间结合力较强，MA之间结合力较弱，MAX相在含氟的酸性溶液会被选择性刻蚀掉结合力较弱的A原子层得到MX片层，同时表面形成
‑
O、
‑
F、
‑
OH等官能团，以T
x
表示。作为插层赝电容材料，迈科烯适用于无机、有机多种体系
[5]。无机电解液体系中，迈科烯在酸性电解液表现出了超高的比电容，其体积比电容超过了目前商业化产品中体积比容量最高的氧化钌
[6]。有机电解液中，迈科烯在锂离子电池中同样表现出较好的性能
[7]，但是其倍率性能仍有提升的空间
[8]。另一方面，MAX相合成温度一般高达1500℃左右，高的合成温度增加了MAX相的制备难度，进而影响了迈科烯的研究与产业化进程。
[0003]参考文献：
[0004][1]Wang Y,Song Y,Xia Y.Electrochemical capacitors:mechanism,materials,systems,characterization and applications[J].Chemical Society Reviews,2016,45(21):5925
‑
5950.
[0005][2]Barsoum M W.The MN+1AXN phases:A new class of solids:Thermodynamically stable nanolaminates[J].Progress in solid state chemistry,2000,28(1
‑
4):201
‑
281.
[0006][3]Barsoum M W.MAX phases:properties of machinable ternary carbides and nitrides[M].John Wiley&Sons,2013.
[0007][4]Wang X H,Zhou Y C.Layered machinable and electrically conductive Ti2AlC and Ti3AlC
2 ceramics:a review[J].Journal of Materials Science&Technology,2010,26(5):385
‑
416.
[0008][5]Anasori B,Lukatskaya M R,Gogotsi Y.2D metal carbides and nitrides(MXenes)for energy storage[J].Nature Reviews Materials,2017,2(2):1
‑
17.
[0009][6]Ghidiu M,Lukatskaya M R,Zhao M Q,et al.Conductive two
‑
dimensional titanium carbide
‘
clay
’
with high volumetric capacitance[J].Nature,2014,516(7529):78
‑
81.
[0010][7]Tang X,Guo X,Wu W,et al.2D Metal Carbides and Nitrides(MXenes)as High
‑
Performance Electrode Materials for Lithium
‑
BasedBatteries[J].AdvancedEnergy Materials,2018,8(33):1801897.
[0011][8]Naguib M,Come J,DyatkinB,et al.MXene:a promising transition metal carbide anode for lithium
‑
ion batteries[J].Electrochemistry Communications,2012,16(1):61
‑
64.

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法，在熔盐介质下合成小晶粒尺寸的Ti2AlC MAX相陶瓷粉体，制备出具有高倍率性能纳米/亚微米Ti2CT
x
迈科烯。
[0013]本专利技术的技术方案：
[0014]一种基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法，包括如下步骤：
[0015](1)将反应介质盐与氢化钛、铝粉和纳米碳黑三种反应物进行球磨均匀混合后烘干；
[0016](2)对混合后烘干的粉体进行冷压成型、冷等静压致密化后，在惰性气氛下进行热处理合成小晶粒尺寸的Ti2AlC MAX相陶瓷粉体；
[0017](3)用去离子水将热处理后Ti2AlC MAX相陶瓷粉体中的盐溶解去除，利用抽滤或离心的方法将Ti2AlC粉体分离并进行烘干；
[0018](4)使用盐酸、氟化锂刻蚀液对Ti2AlC粉体进行刻蚀，刻蚀完成后进行分离，得到目标产物：纳米/亚微米Ti2CT
x
迈科烯。
[0019]所述的基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将反应介质盐与氢化钛、铝粉和纳米碳黑三种反应物进行球磨均匀混合后烘干；(2)对混合后烘干的粉体进行冷压成型、冷等静压致密化后，在惰性气氛下进行热处理合成小晶粒尺寸的Ti2AlC MAX相陶瓷粉体；(3)用去离子水将热处理后Ti2AlC MAX相陶瓷粉体中的盐溶解去除，利用抽滤或离心的方法将Ti2AlC粉体分离并进行烘干；(4)使用盐酸、氟化锂刻蚀液对Ti2AlC粉体进行刻蚀，刻蚀完成后进行分离，得到目标产物：纳米/亚微米Ti2CT
x
迈科烯。2.按照权利要求1所述的基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)中，使用的盐为碱金属或碱土金属的氯化物、溴化物、碘化物盐中的一种或两种以上。3.按照权利要求1所述的基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氢化钛粉的粒度为100nm～50μm，铝粉的粒度为100nm～50μm，纳米碳黑的粒度为10nm～500nm，盐的粒度为1μm～500μm。4.按照权利要求1所述的基于Ti2CT
x
迈科烯的高倍率锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)中，反应物TiH2:Al:C摩尔比范围为(2:0.8:0.5)～(2:1.5:1.5)，盐与反应物的质量之比为(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓辉，崔聪，张超，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：