[发明专利]一种碳化钛-石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种碳化钛‑石墨烯复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的碳化钛‑石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将Ti粉、Al粉和C粉混合，进行无压烧结，得到Ti₃AlC₂粉末；将所述Ti₃AlC₂粉末进行腐蚀，得到二维碳化钛粉末；将所述二维碳化钛粉末进行真空煅烧，得到类石墨烯二维层状碳化钛纳米片；将所述类石墨烯二维层状碳化钛纳米片与石墨烯混合，进行球磨，得到碳化钛‑石墨烯复合材料。实施例表明，本发明的碳化钛‑石墨烯复合材料用于锂离子电池，其0.1C首次比容量可达1100mAh/g，1C容量保持率可达96％，0.1C 500次循环容量保持率可达93％。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种碳化钛-石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳化钛作为新型二维材料，其理论体积比电容远高于其他的碳材料，在锂离子电池方面极具应用前景。

石墨烯具有和碳化钛类似的二维层状结构，电子迁移率高达2000cm²v^-1s^-1，可用作储能材料，例如燃料电池、锂离子电池等。在石墨烯片层中插入0维、1维和2维纳米材料可有效降低石墨烯片的堆垛数量，进一步提高其锂离子存储能力。

然而，现有碳化钛-石墨烯复合负极材料的电化学性能有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化钛-石墨烯复合材料及其制备方法和应用，制备得到的碳化钛-石墨烯复合材料具有优异的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳化钛-石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将Ti粉、Al粉和C粉混合，进行无压烧结，得到Ti₃AlC₂粉末；

将所述Ti₃AlC₂粉末进行腐蚀，得到二维碳化钛粉末；

将所述二维碳化钛粉末进行真空煅烧，得到类石墨烯二维层状碳化钛纳米片；

将所述类石墨烯二维层状碳化钛纳米片与石墨烯混合，进行球磨，得到碳化钛-石墨烯复合材料。

优选的，所述Ti粉、Al粉和C粉的质量比为1∶(1.2～1.5)∶2。

优选的，所述无压烧结的温度为1300～1600℃，时间为2～3h。

优选的，所述腐蚀的试剂为氢氟酸，所述氢氟酸的质量浓度为20～35％，所述腐蚀的时间为5～10h。

优选的，所述类石墨烯二维层状碳化钛纳米片与石墨烯的质量比为20～50∶1。

优选的，所述真空煅烧的真空度为0.5×10^-3～2×10^-3pa，煅烧温度为450～750℃，煅烧时间为1～2h；

优选的，所述球磨的方式为高能球磨，所述球磨的设备为行星球磨机；所述球磨的介质为氧化锆球，所述氧化锆球的球径为25～35mm，所述球磨的球料比为6～10∶1。

优选的，所述球磨的时间为3～6h，所述球磨的转速为300～600r/min。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的碳化钛-石墨烯复合材料。

本发明提供了上述技术方案所述碳化钛-石墨烯复合材料在锂离子电池负极材料中的应用。