[發明專利]一種MXene/金屬硫化物復合材料、負極材料及制備與應用

有效

• 申請號: 201911409515.6
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111180694B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 閔永剛;饒秋實;廖松義;劉屹東;黃興文;李越珠
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;東莞華南設計創新院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明屬于高性能/高能量密度鋰離子電池負極技術領域，具體涉及一種MXene/金屬硫化物復合材料、負極材料及制備與應用。本發明將過渡金屬元素的金屬鹽與MXene材料混合攪拌，經固液分離、干燥，得到MXene/金屬鹽混合物；在保護氣氛下，將MXene/金屬鹽混合物與硫源混合并熱處理，得到MXene/金屬硫化物復合材料。本發明還提供了一種硫摻雜MXene/金屬硫化物基復合電池負極材料，該負極材料包含上述MXene/金屬硫化物復合材料。本發明提供的負極材料具有良好的長循環穩定性和高的能量密度，同時具有優異的倍率性能，可應用在多種領域。

技術領域

本發明屬于高性能/高能量密度鋰離子電池負極技術領域，具體涉及一種MXene/金屬硫化物復合材料、負極材料及制備與應用。

背景技術

在過去的幾十年間，鋰離子電池一直由于其高的能量密度，輕的質量以及良好的循環性能，受到人們的極大關注。但隨著社會的發展，現有的鋰離子電池已經很難滿足一些電子設備、大型電網以及電動汽車的使用要求。面對不斷增長的對更高性能電池的需求，人們迫切的需要開發出一款新型電極材料，以得到具有更高能量密度、更長循環壽命以及快速充放電能力新型鋰離子電池。

過渡金屬硫化物擁有較高的理論容量和較低的成本，是近年來研究的熱門材料。但該類材料導電性差，在電化學反應過程中，電極材料體積變化嚴重，容易造成電極粉化，從而降低電池的容量和壽命。同時過渡金屬硫化物材料與鋰反應可產生可溶于電解液的多硫化物中間體產物，形成穿梭效應，導致容量進一步降低。

MXene材料是2011年新發現的二維過渡金屬碳/氮化物材料，與石墨烯類似，具有高的比表面積，優異的導電性，超高的電子電導率，高的機械強度和優異的電化學性能，在電池電極材料上具有巨大的應用潛力。采用硫摻雜改性MXene材料，使MXene材料上具有更多的活性位點，可與其它材料牢固的結合。

發明內容

為了克服現有技術的不足和缺點，本發明首要目的在于提供一種MXene/金屬硫化物復合材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述制備方法制備得到的MXene/金屬硫化物復合材料。

本發明的再一目的在于提供上述MXene/金屬硫化物復合材料的應用。

本發明的第四個目的在于提供一種硫摻雜MXene/金屬硫化物基復合電池負極材料，該負極材料包含上述MXene/金屬硫化物復合材料。

本發明的第五個目的在于提供上述硫摻雜MXene/金屬硫化物基復合電池負極材料的制備方法，該制備方法工藝簡單，制備方法環保。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種MXene/金屬硫化物復合材料的制備方法，包含如下步驟：

(1)將過渡金屬元素的金屬鹽、MXene材料與水混合并攪拌，然后經固液分離，干燥，得到MXene/金屬鹽混合物；

(2)在保護氣氛下，將步驟(1)制得的MXene/金屬鹽混合物與硫源混合，升溫至300～900℃并保溫1～6h，得到MXene/金屬硫化物復合材料；

步驟(1)中所述的過渡金屬元素優選為錫、銻、鈷、鐵、鈦、鉬和錳中的至少一種；

步驟(1)中所述的過渡金屬元素的金屬鹽優選為過渡金屬元素的硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物中的至少一種；