[发明专利]还原氧化石墨烯和四氧化三猛改性碳化钛锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开还原氧化石墨烯和四氧化三猛改性碳化钛锂离子电池负极材料及其制备方法，采用碳铝化钛、二氧化锰、氧化石墨烯为原料，制备过程中控制的MnO₂悬浮液的浓度，实验用GO溶液是由Hummers法制得。本发明采用水热法和氧化还原法来制备rGO和Mn₃O₄改性Ti₃C₂T_x，已克服Ti₃C₂T_x负极材料电化学性能差的缺点。本发明以一种工艺简单、成本低廉的改性方法，提供了具有优良电化学性能的锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，特别是涉及一种还原氧化石墨烯(rGO)和四氧化三猛(Mn₃O₄)改性的碳化钛(Ti₃C₂T_x)材料及其制备方法。

背景技术

能源是影响社会发展的主要因素，同时也是经济社会发展的基础。能源工业既是国民经济的基础产业，又是技术密集型产业。因此，能源科技创新在整个国家科技创新体系中占有十分重要的地位。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和无记忆效应等优点而被认为是最理想的储能元件。这也使锂离子电池电极材料的研究成为当今材料研究的热点。锂离子电池的关键材料之一是负极材料，但是负极材料的许多问题，限制了锂离子电池的进一步应用。因此，负极材料性能的提高十分必要。

自从2010年获得诺贝尔奖以来，石墨烯以其独特的二维结构和优异的电学、力学性能而成为材料及相关领域的研究热点，并在国际上掀起了对二维材料的研究热潮。其它二维材料如六方氮化硼、金属氧化物等也引起了研究人员的极大关注。最近二维材料又增添了一个新的家族MXene，它是由三元层状碳氮化物MAX相(通式为M_n+1AX_n，M是早期过渡金属，A是Ⅲ、Ⅳ主族元素，X是碳或氮，n＝1、2、3)通过氢氟酸等选择性腐蚀出其中的A层后得到的一类二维过渡金属碳(氮)化物。由于其与石墨烯结构上的相似性，通常被称为“MXene”。作为一类二维材料，MXene显示出其在电化学储能领域的潜在应用价值，尤其是当其作为锂离子电池负极材料时由于具有独特的二维结构和良好的导电性，而显示出较好的电化学性能。Ti₃C₂T_x(其中T为制备过程中在表面所形成的官能团，如羟基(-OH)、氟基(-F)等)是一种典型的MXene材料，在刻蚀过程中形成的-F和-OH等官能团的存在会增加锂离子的扩散阻力，降低存储容量(Ti₃C₂F₂(130mAh/g)、Ti₃C₂(OH)₂(67mAh/g))，当Ti₃C₂T_x应用于锂离子电池负极材料，电池性能受到严重影响。