[发明专利]一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将Ti₃AlC₂加入HF溶液中，进行刻蚀，得到刻蚀产物；B)将所述刻蚀产物与四甲基氢氧化铵溶液混合，进行插层，然后再加入LiOH，进行反应，得到中间产物；所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为(0.04～0.09)：1；C)将所述中间产物在水中分散，超声1～1.5小时后离心，得到的上清液为MXene溶液；D)在所述MXene溶液中依次加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长，得到纳米氧化铁复合材料；所述铁盐溶液包括铁盐和分散剂。本发明还提供了一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料及其应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池具有低成本、环境友好、高能量密度、无记忆效应、质量轻等特点，在手机、电脑、电动汽车等许多领域有着广泛的应用。目前，传统的负极材料一般采用石墨，但是这种材料的比容量较低，随着社会发展的需求，新的更高比容量的负极材料受到越来越多的关注。氧化铁就是其中一种，它用于锂离子电池负极有以下优势：(1)较高的质量比容量(1007mAh/g)；(2)丰富的自然储量；(3)无毒无害。但是，它也有自身的不足：(1)导电性差；(2)在脱嵌锂过程中发生体积膨胀，影响电池的循环性能。

MXene是一类新型二维材料，具有近似金属的导电性(导电率约为10⁵S/m)，可以用来提高氧化铁的导电性，同时其独特的二维纳米结构也可以用于缓冲氧化铁在脱嵌锂过程中发生的体积膨胀，进而改善氧化铁的电化学性能。目前，关于用MXene改性氧化铁的方法主要集中在物理改性方面，如专利CN 108630920 A和专利CN 107221428 A都是通过机械超声、混合抽膜的方式制备氧化铁和MXene的复合材料，以此改善氧化铁的电化学性能。

然而，这种物理改性的手段存在一些不可避免的缺点，首先，由于机械超声难以保证良好的均匀性，导致氧化铁颗粒粒径大小不一，使得后续的混合抽膜过程中颗粒之间发生聚集，其次，片层结构的MXene也会发生堆叠的问题，导致部分MXene失去了其缓冲模板的作用，无法发挥其优良的导电性，又降低了缓冲氧化铁在脱嵌锂过程中体积膨胀的效果，对复合材料的电化学性能造成影响。有鉴于此，探究一种更加均匀、更加有效的复合改性方式，成为关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MXene诱导生长的纳米氧化铁、其制备方法及其应用，本发明中的制备方法能够利用MXene对氧化铁进行原位化学复合改性，形成更加均匀的复合结构，提高材料的电化学性能。

本发明提供一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将Ti₃AlC₂加入HF溶液中，进行刻蚀，得到刻蚀产物；

B)将所述刻蚀产物与四甲基氢氧化铵溶液混合，进行插层，然后再加入LiOH，进行反应，得到中间产物；

所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为(0.04～0.09)：1；

C)将所述中间产物在水中分散，超声1～1.5小时后离心，得到的上清液为MXene溶液；

D)在所述MXene溶液中依次加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长，得到的产物进行退火处理，得到纳米氧化铁复合材料；

所述铁盐溶液包括铁盐和分散剂。

优选的，所述刻蚀的温度为50～70℃；

所述刻蚀的时间为12～36小时。

优选的，所述四甲基氢氧化铵溶液的质量浓度为15～40％。