【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多孔钛基复合电极材料，尤其设计一种多元掺杂的多孔钛基复合电极材料，还涉及上述复合电极材料的制备方法。
技术介绍
1、二次离子电池凭借优异的循环稳定性和无记忆效应，被广泛的应用于电化学储能领域，随着电子产品以及新能源电动车等领域的不断发展和进步，锂/钠离子电池凭借着其电化学性能和较低成本在当下的储能领域大放异彩。
2、电极材料是影响电池容量的关键因素之一，开发高性能的负极材料成为当务之急。其中，钛基复合材料具有在充放电过程中体积变化小，循环稳定性高的优点，被广泛的运用于锂离子电池负极材料。其中tio2凭借其较小的体积膨胀系数，安全的工作电压和较低的成本，被认为是具有广泛前景的负极材料。mxene族的材料如ti3c2凭借其优异的导电性和三维层状的结构，被认为是一种优秀的导电基底。但是二氧化钛材料的电子导电性和离子扩散速率不高，反应动力学较差。ti3c2虽然具有较好导电性和三维的层状结构，但是其在充放电过程中往往会伴随有层堆叠，在长循环以及高倍率下会破坏其原有结构。由于其三维的手风琴状结构，在充放电过程中在纵向上的离子导电性较低，离子传输通道较少。这些问题严重的影响了其作为锂离子电池负极材料时的电化学性能，无法满足当前对储能性能的要求。
3、目前，针对这一系列问题，多种策略被用来进一步改善钛基材料的性能，例如纳米化、碳包覆、结构设计、杂原子掺杂等。zhao等人通过表征发现纳米化的tio2薄膜材料与未纳米化的tio2相比，比表面积大大增加，反应的活性位点增多，可以使得反应发生的更充分，同时也可以
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的在于提供一种具有稳定的长循环性能、优异的倍率及循环性能的多元掺杂的多孔钛基复合电极材料，还提供上述复合电极材料的制备方法。
2、技术方案：本专利技术所述的多元掺杂的多孔钛基复合电极材料是以三维层状多孔mxene为导电框架，在不破坏原有三维层状多孔结构的基础上，在其表面通过原位生长构筑的tio2@pmxene异质结构，并且在异质结构中掺杂硫-氮元素获得的sn-tio2@pmxene复合材料。
3、上述多孔钛基复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将ti3alc2与氟化氢hf混合，对ti3alc2进行刻蚀反应，反应结束洗涤得到溶液a，在溶液a中加入插层剂，超声剥离得到少层ti3c2-mxene分散液b；在分散液b中加入表面氧化剂，搅拌后加入氟化氢hf进行刻蚀反应，反应结束洗涤干燥得到多孔mxene材料；
5、(2)将多孔mxene材料与硫源研磨混合，在氮气环境下对其进行高温退火处理，得到在多孔mxene纳米片上原位生长出的多元掺杂的多孔钛基复合电极材料sn-tio2@pmxene。
6、其中，步骤(1)中，所述刻蚀，时间为20～26h，温度为30～60℃。
7、其中，步骤(1)中，所述ti3alc2与插层剂和表面氧化剂的质量比为40：2：100～300。
8、其中，步骤(1)中，氟化氢的浓度为5～40％。
9、其中，步骤(1)中，所述插层剂为十六烷基三甲基溴化铵，表面氧化剂为无水硫酸铜，在少层的ti3c2溶液中加入无水硫酸铜可将其表面的ti部分氧化生成tio2，随后通过hf刻蚀这一部分被氧化的tio2以得到多孔mxene材料ti3c2。
10、其中，步骤(1)中，所述洗涤，采用水洗3～4次，离心速率为3500r/min，烘干温度为40～70℃。
11、其中，步骤(1)中，所述超声剥离，功率为100～200w，时间为30～120min；所述搅拌，时间为30～90min。
12、其中，步骤(2)中，所述硫源为升华硫单质，高温退火前在管式炉上游放置硫粉，所述硫源与硫粉的质量比为1～3：2～6。
13、其中，步骤(2)中，所述退火反应，温度为500～800℃，加热时间为30～90min，升温速率为6℃/min。
14、专利技术原理：本专利技术的复合电极材料，通过刻蚀法制备多孔ti3c2-mxene作为基底，再在富有硫源和氮源的条件下通过一步高温退火法使多孔ti3c2部分氧化，从而原位生长出了sn-tio2@pmxene负极材料，构建得到tio2@pmxene异质结构，并引入硫-氮掺杂元素得到多元掺杂的多孔钛基复合电极材料。在不破坏ti3c2-mxene的原有层状结构基础上构建多孔结构，三维层状多孔结构为导电框架，不仅提高了电极材料的导电性，利于电子和离子的多向传输，还为电极反应提供缓冲空间，增强了电极结构的稳定性；以多孔ti3c2作为载体，构建tio2@pmxene的异质结构，异质界面具有较低的能量势垒，可以提高电极的反应动力学；在这一基础上引入了硫-氮掺杂元素进一步的促进电荷的传输和转移，提高电极的电化学性能。
15、一方面，二氧化钛和ti3c2构筑异质结构促进电子/离子的传输和结构的稳定性，进而提高了电极的倍率性能；另一方面，多孔ti3c2同时作为导电基体提升了电极材料的导电性，多孔层状结构又能够为电子和离子的横向传输和纵向传输提供了高效的导电网络结构，有效地提高了整个电极的电化学性能。
16、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下优点：(1)复合电极材料的导电性能强，且具有稳定的长循环性能、优异的倍率及循环性能，在倍率性能的测试中，实施例1相较于对比例2有超过50％的性能提升，在电流密度2a·g-1下的放电容量仍能达到为260mah·g-1，从高电流密度回至低电流密度0.1a·g-1时的放电容量依然能恢复到420mah·g-1左右；(2)本专利技术提供的制备方法简单高效，工艺可控，清洁无污染，适合大规模生产。
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1.一种多元掺杂的多孔钛基复合电极材料，其特征在于，所述复合电极材料为SN-TiO2@pMXene，以三维层状多孔MXene为导电框架，在导电框架的表面通过原位生长构筑得到TiO2@pMXene异质结构，并且在异质结构中掺杂硫-氮元素而得。
2.根据权利要求1所述多孔钛基复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述刻蚀，时间为20～26h，温度为30～60℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Ti3AlC2与插层剂和表面氧化剂的质量比为40：2：100～300。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氟化氢的浓度为5～40％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述插层剂为十六烷基三甲基溴化铵，表面氧化剂为无水硫酸铜。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述洗涤，采用水洗3～4次，离心速率为3500r/min，烘干温度为40～70℃。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超声剥离，功率为100～200W，时间为30～120min；所述搅拌，时间为30～90min。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硫源为升华硫单质，高温退火前在管式炉上游放置硫粉，所述硫源与硫粉的质量比为1～3：2～6。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述退火反应，温度为500～800℃，加热时间为30～90min。
...【技术特征摘要】
1.一种多元掺杂的多孔钛基复合电极材料，其特征在于，所述复合电极材料为sn-tio2@pmxene，以三维层状多孔mxene为导电框架，在导电框架的表面通过原位生长构筑得到tio2@pmxene异质结构，并且在异质结构中掺杂硫-氮元素而得。
2.根据权利要求1所述多孔钛基复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述刻蚀，时间为20～26h，温度为30～60℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述ti3alc2与插层剂和表面氧化剂的质量比为40：2：100～300。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氟化氢的浓度为5～40％。
6.根据权利要求2...
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