[發明專利]納微結構鋰離子電池負極材料Ti2C微球及其制備方法

有效

• 申請號: 201510199302.0
• 申請日: 2015-04-24
• 公開（公告）號: CN104882603B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 童匯;鄭俊超;韓亞東;張寶;朱玉時;孫楠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所43205
• 代理人: 陳亞琴,寧星耀

技術領域

本發明涉及一種納微結構鋰離子電池負極材料Ti₂C微球及其制備方法，具體涉及一種鋰離子電池負極材料Ti₂C微球及其利用化學刻蝕、水熱合成的制備方法。

背景技術

鋰離子動力電池在全球電動汽車產業發展中占有絕對優勢，其主導地位在未來數十年內不可撼動。隨著社會的不斷發展，開發具有高能量密度動力電池顯得尤為必要。低成本、長壽命與高安全性作為動力電池的核心要素，與電極材料密切相關。負極材料作為決定鋰離子電池綜合性能優劣的關鍵因素，其研究一直是該領域的熱點。目前，商業化石墨負極材料由于其存在理論放電比容量低（約為372mAh/g）、安全性能差等缺點，難以滿足動力電池的使用要求，因此，探索其它可替代材料就顯得十分關鍵。近年來二維納米材料以其獨特的物理化學性能，如：物理柔性好、比表面積大、活性位點多、帶電粒子傳輸性能好等，而被廣大研究者所關注，幾種典型的二維納米材料，如：石墨烯、MoS₂、WS₂等材料，均在儲能領域表現出了極大的應用前景。

二維Ti₂C材料由于具有獨特的二維層狀結構（可以提供鋰離子快速傳輸通道），優異的電子導電率，潛在的高容量，在鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池、超級電容器等儲能領域中已凸顯出巨大的應用前景。但是，Ti₂C結構上相對于石墨和類石墨無機材料（BN、MoS₂等層內具有強共價鍵，層間具有較弱的范德華力）不僅具有較強的共價鍵，還具有較強的金屬鍵和離子鍵，因此，不能簡單的使用機械剝離的方法來制取Ti₂C單層材料。

另外，Ti₂C納米材料的特殊結構，決定了材料具有許多獨特的性能，應用于鋰離子電極材料時，儲鋰機理、電化學過程動力學等與其它材料也不同。Ti₂C二維納米材料中鋰離子的擴散距離短、傳輸速率快；其具有的高比表面積可以增大與電解液的接觸，使液固兩相的離子傳輸面積變大，可以有效改善電極界面傳輸性能。然而，高比表面積使得材料穩定性變差，電極與電解液副反應增加；電極材料易團聚，使得電池體積能量密度降低。

CN103641119A公開了一種類石墨烯材料的制備方法，是將Ti₃AlC₂ 在HF 酸中進行化學刻蝕，使Al 被選擇性刻蝕掉，得到所述類石墨烯材料，其所制備的Ti₃C₂納米片用于鋰離子電池電極材料時由于其納米片的表面活化能較大而易團聚，同時，過高的比表面積使得材料穩定性變差，電極與電解液副反應增加，影響其電化學性能的發揮。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種兼有鋰離子擴散距離短、傳輸速率快、高比表面積、高導電性、離子傳輸速率快等納米結構特性和結構穩定的微米結構特性，振實密度高，綜合性能高的納微結構鋰離子電池負極材料Ti₂C及其制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：一種納微結構鋰離子電池負極材料Ti₂C微球，按照以下方法制成：

（1）將二維Ti₂AlC基體材料置于濃度為0.01～0.4mol/L的HF溶液中浸泡10～75h，得含有多層二維Ti₂C的混合溶液；

（2）將步驟（1）所得含有多層二維Ti₂C的混合溶液置于超聲波中超聲5～110h，得含有單層二維Ti₂C納米片的混合溶液；

（3）將步驟（2）所得含有單層二維Ti₂C納米片的混合溶液置于聚四氟乙烯罐中，加熱至100～350℃，密閉反應15～45h，過濾或離心，得納微結構Ti₂C微球；

（4）將步驟（3）所得納微結構Ti₂C微球在50～100℃下，干燥8～35h，得納微結構鋰離子電池負極材料Ti₂C微球。