[發(fā)明專(zhuān)利]一種MXene誘導(dǎo)生長(zhǎng)的納米氧化鐵復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910160466.0
• 申請(qǐng)日: 2019-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109904426B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷達(dá);陳志金;周旭峰;劉兆平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所;中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種MXene誘導(dǎo)生長(zhǎng)的納米氧化鐵復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：A)將Ti₃AlC₂加入HF溶液中，進(jìn)行刻蝕，得到刻蝕產(chǎn)物；B)將所述刻蝕產(chǎn)物與四甲基氫氧化銨溶液混合，進(jìn)行插層，然后再加入LiOH，進(jìn)行反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物；所述LiOH與所述刻蝕產(chǎn)物的質(zhì)量比為(0.04～0.09)：1；C)將所述中間產(chǎn)物在水中分散，超聲1～1.5小時(shí)后離心，得到的上清液為MXene溶液；D)在所述MXene溶液中依次加入鐵鹽溶液和堿液，進(jìn)行原位生長(zhǎng)，得到納米氧化鐵復(fù)合材料；所述鐵鹽溶液包括鐵鹽和分散劑。本發(fā)明還提供了一種MXene誘導(dǎo)生長(zhǎng)的納米氧化鐵復(fù)合材料及其應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MXene誘導(dǎo)生長(zhǎng)的納米氧化鐵復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有低成本、環(huán)境友好、高能量密度、無(wú)記憶效應(yīng)、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，在手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車(chē)等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，傳統(tǒng)的負(fù)極材料一般采用石墨，但是這種材料的比容量較低，隨著社會(huì)發(fā)展的需求，新的更高比容量的負(fù)極材料受到越來(lái)越多的關(guān)注。氧化鐵就是其中一種，它用于鋰離子電池負(fù)極有以下優(yōu)勢(shì)：(1)較高的質(zhì)量比容量(1007mAh/g)；(2)豐富的自然儲(chǔ)量；(3)無(wú)毒無(wú)害。但是，它也有自身的不足：(1)導(dǎo)電性差；(2)在脫嵌鋰過(guò)程中發(fā)生體積膨脹，影響電池的循環(huán)性能。

MXene是一類(lèi)新型二維材料，具有近似金屬的導(dǎo)電性(導(dǎo)電率約為10⁵S/m)，可以用來(lái)提高氧化鐵的導(dǎo)電性，同時(shí)其獨(dú)特的二維納米結(jié)構(gòu)也可以用于緩沖氧化鐵在脫嵌鋰過(guò)程中發(fā)生的體積膨脹，進(jìn)而改善氧化鐵的電化學(xué)性能。目前，關(guān)于用MXene改性氧化鐵的方法主要集中在物理改性方面，如專(zhuān)利CN 108630920 A和專(zhuān)利CN 107221428 A都是通過(guò)機(jī)械超聲、混合抽膜的方式制備氧化鐵和MXene的復(fù)合材料，以此改善氧化鐵的電化學(xué)性能。

然而，這種物理改性的手段存在一些不可避免的缺點(diǎn)，首先，由于機(jī)械超聲難以保證良好的均勻性，導(dǎo)致氧化鐵顆粒粒徑大小不一，使得后續(xù)的混合抽膜過(guò)程中顆粒之間發(fā)生聚集，其次，片層結(jié)構(gòu)的MXene也會(huì)發(fā)生堆疊的問(wèn)題，導(dǎo)致部分MXene失去了其緩沖模板的作用，無(wú)法發(fā)揮其優(yōu)良的導(dǎo)電性，又降低了緩沖氧化鐵在脫嵌鋰過(guò)程中體積膨脹的效果，對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)性能造成影響。有鑒于此，探究一種更加均勻、更加有效的復(fù)合改性方式，成為關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種MXene誘導(dǎo)生長(zhǎng)的納米氧化鐵、其制備方法及其應(yīng)用，本發(fā)明中的制備方法能夠利用MXene對(duì)氧化鐵進(jìn)行原位化學(xué)復(fù)合改性，形成更加均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)，提高材料的電化學(xué)性能。

本發(fā)明提供一種MXene誘導(dǎo)生長(zhǎng)的納米氧化鐵復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將Ti₃AlC₂加入HF溶液中，進(jìn)行刻蝕，得到刻蝕產(chǎn)物；

B)將所述刻蝕產(chǎn)物與四甲基氫氧化銨溶液混合，進(jìn)行插層，然后再加入LiOH，進(jìn)行反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物；

所述LiOH與所述刻蝕產(chǎn)物的質(zhì)量比為(0.04～0.09)：1；

C)將所述中間產(chǎn)物在水中分散，超聲1～1.5小時(shí)后離心，得到的上清液為MXene溶液；

D)在所述MXene溶液中依次加入鐵鹽溶液和堿液，進(jìn)行原位生長(zhǎng)，得到的產(chǎn)物進(jìn)行退火處理，得到納米氧化鐵復(fù)合材料；

所述鐵鹽溶液包括鐵鹽和分散劑。

優(yōu)選的，所述刻蝕的溫度為50～70℃；

所述刻蝕的時(shí)間為12～36小時(shí)。

優(yōu)選的，所述四甲基氫氧化銨溶液的質(zhì)量濃度為15～40％。