【技术实现步骤摘要】
本申请涉及锂离子电池材料，具体而言，涉及一种碳化钛基复合材料及其制备方法、应用、锂离子电池负极片和锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有循环充放电寿命长、体积小、容量高、质量轻、安全性好和绿色无污染等优点，这些特点促使其在如今的生产和生活中发挥着越来越重要的角色。锂离子电池是未来发展极其重要的能源储存装置，但是随着车载动力系统和可移动设备对电力能源的高需求，同时也对锂离子电池的性能提出了更高的要求，这也驱使着众多科研工作者去不断探索更高效的锂离子电池材料和体系。
2、锂离子电池负极材料是充电过程中锂离子和电子的载体，起着能量储存与释放的作用。在电池成本中，负极材料约占了5％～15wt％，是锂离子电池的重要原材料之一，也是决定电池性能重要的因素之一。目前应用较广泛的负极材料碳材料包括天然石墨和人造石墨为主的石墨类材料，以及以软碳、硬碳为主的无定形碳材料，但其有限的比容量(200-400mahg-1)已经不能满足当前大容量设备的要求，且石墨类负极在较长循环后的体积膨胀会导致安全隐患。因此，锂离子电池中负极材料的高比容量和稳定性研究成为了关注的焦点。
3、有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
1、本申请的主要目的在于提供一种碳化钛基复合材料及其制备方法、应用、锂离子电池负极片和锂离子电池，以解决现有锂离子电池负极材料制备技术中电池应用于大容量设备时电极的比容量小、稳定性差的问题。
2、为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种碳化钛基复合
3、进一步地，该碳化钛基复合材料中，fe3o4纳米颗粒的质量含量为20～50％。
4、为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，还提供了上述碳化钛基复合材料的制备方法，该制备方法包括：步骤s1、采用刻蚀液除去前驱体ti3alc2中的al原子层，得到ti3c2tx材料；步骤s2、将ti3c2tx材料与二价铁盐溶液以及三价铁盐溶液混合，并加入沉淀剂，二价铁盐和三价铁盐发生沉淀反应，生成插入ti3c2tx材料层间的fe3o4纳米颗粒，得到碳化钛基复合材料。
5、进一步地，步骤s1，刻蚀液为刻蚀剂的水溶液，刻蚀剂包括氢氟酸、氟化氢铵、氟化锂中的至少一种；和/或，刻蚀液中，刻蚀剂的质量含量为20～60％。
6、进一步地，步骤s1中，前驱体ti3alc2与刻蚀液的固液比为2～5g:100ml；和/或，刻蚀的温度为10～40℃，刻蚀的时间为18～30h。
7、进一步地，步骤s2，沉淀剂为碱溶液，碱溶液包括氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的至少一种；和/或，二价铁盐溶液中二价铁盐和三价铁盐溶液中的三价铁盐的摩尔比为2:1。
8、进一步地，步骤s2中，先将ti3c2tx材料分散在水中，得到ti3c2tx材料分散液，再将ti3c2tx材料分散液与二价铁盐溶液以及三价铁盐溶液混合；和/或，沉淀反应在惰性气体保护下进行，惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。
9、根据本申请的另一方面，提供了上述第一方面提供的碳化钛基复合材料或上述第二方面提供的制备方法得到的碳化钛基复合材料在锂离子电池负极材料中的应用。
10、根据本申请的第三个方面，还提供了一种锂离子负极片，该锂离子负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极活性物质层，该负极活性物质层包括负极材料，该负极为上述第一方面提供的碳化钛基复合材料或上述第二方面提供的制备方法得到的碳化钛基复合材料。
11、根据本申请的第四个方面，还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述第一方面提供的碳化钛基复合材料或上述第三方面提供的锂离子负极片。
12、应用本申请的技术方案，本申请提供的碳化钛基复合材料，以属于mxene材料的ti3c2tx材料为基底，将具有高理论比容量的转化型过渡金属氧化物fe3o4纳米颗粒插层于二维层状结构的ti3c2tx材料中，不仅提高电化学性能，而且有效解决了fe3o4颗粒在充放电过程中体积膨胀的问题，提升电极的稳定性。同时该碳化钛基复合材料以二维层状结构的ti3c2tx材料为基底，利用其类似于石墨烯的层状结构，机械性能更稳定，进一步提升了锂离子电池的体积比容量和能量密度。
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1.一种碳化钛基复合材料，其特征在于，所述碳化钛基复合材料包括Ti3C2Tx材料，所述Ti3C2Tx材料具有二维层状结构，且所述Ti3C2Tx材料的层间填充有Fe3O4纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的碳化钛基复合材料，其特征在于，所述Fe3O4纳米颗粒的质量含量为20～50％。
3.一种权利要求1或2所述的碳化钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1，所述刻蚀液为刻蚀剂的水溶液，所述刻蚀剂包括氢氟酸、氟化氢铵、氟化锂中的至少一种；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述前驱体Ti3AlC2与所述刻蚀液的固液比为2～5g:100mL；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2，所述沉淀剂为碱溶液，所述碱溶液包括氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的至少一种；
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，先将Ti3C2Tx材料分散在水中，得到Ti3C2Tx材料分散液，再将所述
8.一种权利要求1或2所述的碳化钛基复合材料或权利要求3至7中任一项所述的制备方法得到的碳化钛基复合材料在锂离子电池负极材料中的应用。
9.一种锂离子负极片，其特征在于，所述锂离子负极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括负极材料，所述负极材料为权利要求1或2所述的碳化钛基复合材料或权利要求3至7中任一项所述的制备方法得到的碳化钛基复合材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1或2所述的碳化钛基复合材料或权利要求9所述的锂离子负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化钛基复合材料，其特征在于，所述碳化钛基复合材料包括ti3c2tx材料，所述ti3c2tx材料具有二维层状结构，且所述ti3c2tx材料的层间填充有fe3o4纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的碳化钛基复合材料，其特征在于，所述fe3o4纳米颗粒的质量含量为20～50％。
3.一种权利要求1或2所述的碳化钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1，所述刻蚀液为刻蚀剂的水溶液，所述刻蚀剂包括氢氟酸、氟化氢铵、氟化锂中的至少一种；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述前驱体ti3alc2与所述刻蚀液的固液比为2～5g:100ml；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2，所述沉淀剂为碱溶液，所述碱溶液包括氨水...
【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，王宝成，谷传辉，国友群，
申请(专利权)人：格力钛新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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