[發明專利]鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910062612.6
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109888280B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 張業龍;余金龍;孫宏陽;徐曉丹;劉城位;汪達;張弛;宋偉東;陳梅;溫錦秀;郭月;曾慶光;彭章泉
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 梁嘉琦

本發明公開了一種鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料及其制備方法，包括以下步驟：(1)將MXene和硫源按照質量比為1：1～20加入去離子水中，攪拌，配制成濃度為1?100mg/ml的混合液；(2)將所述混合液移入反應釜加熱至120?200℃，反應12?18h，然后冷卻至室溫；(3)將步驟(2)得到的產物用洗滌劑洗滌并進行離心，再進行真空干燥；(4)將步驟(3)干燥后的產物放置于管式爐中，通入保護氣體，進行熱處理反應，冷卻至室溫，即得到所述鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料。本發明制備的鉀離子電池負極材料不僅具有良好的導電性，還有較高的比容量及穩定的充放電性能。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，具體涉及一種鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料的制備方法及其在鉀離子電池中的應用。

背景技術

隨著現代社會的發展，化石類能源不斷消耗衰竭，環境污染問題日益突出，開發與研究新型可再生清潔能源受到人們廣泛的關注。由于鉀元素資源豐富，分布均勻、以及成本低的優點，鉀離子電池有可能成為在大規模電化學儲能領域中廣泛應用的電池體系。但是鉀離子電池的電化學性能仍然不令人滿意。如何提高鉀離子電池的比容量，同時兼備優異的循環性能，是目前的研究熱點。

MXene擁有獨特的類石墨烯結構，較大的比表面積，良好的導電性，親水性等特性，使吸附、光催化、鋰離子電池、太陽能電池、生物傳感器等方面得到了廣泛的應用。但MXene本體用作鉀離子電池負極材料，性能仍不能令人滿意。MXene材料由于層間距小，表面吸附-F/-OH等基團，不利于電子或離子在MXene材料中快速遷移。本發明通過對MXene進行硫摻雜可增大層間距和比表面積，優化鉀離子擴散通道，從而提高鉀離子電池的電化學性能。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的之一在于提供一種鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料。本發明的另一目的在于提供上述鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料的制備方法。進一步的，本發明提供一種鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料的應用，將所述鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料用于鉀離子電池中。

本發明采用以下技術方案：

一種鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將MXene和硫源按照質量比為1：1～20(例如1：2～15、1：5～10、1：6～8)加入去離子水中，攪拌(例如攪拌4-8h)，配制成濃度為1-100mg/ml(例如5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95mg/ml)的混合液；

(2)將所述混合液移入反應釜加熱至120-200℃(例如120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃)，反應12-18h(例如12、13、14、15、16、17、18h)，然后冷卻至室溫；

(3)將步驟(2)得到的產物用洗滌劑洗滌并進行離心，再進行真空干燥；

(4)將步驟(3)干燥后的產物放置于管式爐中，通入保護氣體，進行熱處理反應，冷卻至室溫，即得到所述鉀離子電池硫摻雜MXene負極材料。

進一步地，所述硫源為二甲基砜、2-苯乙硫醇、苯硫醚中的至少一種，優選二甲基砜，優選質量比為(2～5)：1的二甲基砜和苯硫醚。