度下，0.01 - 3.0V電壓范圍內(nèi)的循環(huán)性能曲線，表明所測電池在100ma/g電流密度下具有良好的循環(huán)性能和庫倫效率高達(dá)99%，可以看出由實施例1制得的Ti3C2/金屬離子復(fù)合材料在100ma/g電流密度下循環(huán)50次后的放電容量接近450mh/g(圖3)，循環(huán)性能優(yōu)異。
[0032]實施例2
[0033]取2g Ti3AlC2粉末到塑料燒杯中，加入1ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的HF溶液，浸泡8h。然后將浸泡之后的粉末離心出來，用去離子水洗至中性，在80°C的鼓風(fēng)烘箱中烘24h。將烘干后的Ti3C2粉末，在5moI/L的氫氧化鉀溶液中浸泡12h，離心，洗至中性，烘干。再將Ti 3C2粉末浸泡在0.2mol/L氯化鐵150ml溶液中，同時加入2g表面活性劑CTAB (十六烷基三甲基溴化銨)浸泡24h，離心，洗至中性，烘干。用所制得的二維碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料按實施例1的方法制成電極，組裝成鋰離子電池，在100ma/g電流密度下循環(huán)50次后的放電容量接近415mAh/g，循環(huán)性能良好。
[0034]實施例3
[0035]取4g Ti3AlC2粉末到塑料燒杯中，加入12.5ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的HF溶液，浸泡48ho然后將浸泡之后的粉末離心出來，用去離子水洗至中性，在80°C的鼓風(fēng)烘箱中烘12h。將烘干后的Ti3C2粉末，在0.3mol/L的氫氧化鋰溶液中浸泡24h，離心，洗至中性，烘干。再將烘干后的Ti3C2粉末浸泡在5mol/L氯化錫200ml溶液中，同時加入3g PVP(聚乙烯吡咯烷酮)浸泡17h，離心，洗至中性，烘干。用所制得的二維碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料按實施例I的方法制成電極，組裝成模鋰離子電池，在100ma/g電流密度下循環(huán)50次后的放電容量接近425mAh/g，循環(huán)性能良好。
[0036]實施例4
[0037]取3g 11#1(:2粉末到塑料燒杯中，加入15ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60 %的HF溶液，浸泡36h。然后將浸泡之后的粉末離心出來，用去離子水洗至中性，在80°C的鼓風(fēng)烘箱中烘24h。將烘干后的粉末，在0.3mol/L的氫氧化鈉溶液中浸泡24h，離心，洗至中性。將烘干后的Ti3C2粉末加入含0.6g CTAB (十六烷基三甲基溴化銨)的40ml水中，浸泡5h，后在含CTAB的水中加入一定量的硝酸鉛，使得溶液中硝酸鉛的濃度達(dá)到3.5mol/L，繼續(xù)浸泡8h，離心，洗至中性，烘干。用所制得的二維碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料按實施例1的方法制成電極，組裝成鋰離子電池，在100ma/g電流密度下循環(huán)50次后的放電容量接近320mAh/g，循環(huán)性能良好。
【主權(quán)項】
1.一種二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，包括二維層狀碳化鈦載體以及負(fù)載在載體表面和層間的金屬離子復(fù)合物；其制備方法包括如下步驟: (1)取Ti3AlC2材料，用氫氟酸溶液處理得到Ti3C2粉末； (2)將步驟(I)得到的Ti3C2粉末進(jìn)行堿處理，得到堿處理后的Ti3C2粉末； (3)將堿處理后的Ti3C2粉末采用以下方法a或方法b進(jìn)行處理得到二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料: 方法a:將堿處理后的Ti3C2粉末浸泡在金屬鹽溶液中，同時加入表面活性劑浸泡0.5?72h，然后離心、水洗至中性、干燥得到二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料； 方法b:將堿處理后的Ti3C2粉末先在含有表面活性劑的水中浸泡0.1?48h，再在含表面活性劑的水中加入金屬鹽，繼續(xù)浸泡0.1?48h ;然后離心、水洗至中性、干燥得到二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料； 所述的金屬鹽是鐵、鎳、錫、鈷、銅或鉛的可溶性鹽； 所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基苯磺酸鈉中的一種或任意幾種的組合。
2.如權(quán)利要求1所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:步驟(I)的具體操作為:稱取Ti3AlC2材料，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?80% HF溶液中，浸泡I?48h，然后離心、水洗至中性、干燥得到Ti3C2粉末。
3.如權(quán)利要求1或2所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:步驟(2)的具體操作為:將Ti3C2粉末在堿溶液中浸泡0.1?48h，然后離心、水洗至中性、干燥得到堿處理后的Ti3C2粉末。
4.如權(quán)利要求3所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:所述的堿溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰溶液，其濃度為0.05?20mol/L。
5.如權(quán)利要求1所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:步驟(3)中的金屬鹽是金屬的氯化鹽、硝酸鹽或硫酸鹽。
6.如權(quán)利要求1所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:步驟(3)中，方法a或方法b中，金屬鹽的濃度為0.05?10mol/L，表面活性劑的加入量為0.01?25g/Lo
7.如權(quán)利要求3所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:上述步驟(I)至步驟(3)中，浸泡均在室溫下進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求1所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:方法a中，浸泡時間在I?36小時。
9.如權(quán)利要求1所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料，其特征在于:方法b中，將堿處理后的Ti3C2粉末先在含有表面活性劑的水中浸泡1-36小時，再在含表面活性劑的水中加入金屬鹽，繼續(xù)浸泡1-36小時。
10.如權(quán)利要求1所述的二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
【專利摘要】一種二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料及其應(yīng)用,所述復(fù)合材料包括二維層狀碳化鈦載體以及負(fù)載在載體表面和層間的金屬離子復(fù)合物；其制備方法包括如下步驟：(1)取Ti3AlC2材料，用氫氟酸溶液處理得到Ti3C2粉末；(2)步驟(1)得到的Ti3C2粉末進(jìn)行堿處理，得到堿處理后的Ti3C2粉末；(3)將堿處理后的Ti3C2粉末在含有金屬鹽和表面活性劑的溶液中進(jìn)行處理得到二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料。所述二維層狀碳化鈦/金屬離子復(fù)合材料用作鋰離子電池負(fù)極材料，可大幅度提升鋰離子電池負(fù)極材料的容量，循環(huán)性能好，從而滿足高容量以及在大電流密度下持續(xù)充放電的能力。
【IPC分類】H01M4-62, H01M4-36
【公開號】CN104868104
【申請?zhí)枴緾N201510141100
【發(fā)明人】羅劍敏, 徐飛強(qiáng), 陶新永, 夏陽, 黃輝, 梁初, 甘永平, 張文魁
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年3月27日