[发明专利]一种三维层状硼掺杂碳化钛及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三维层状硼掺杂碳化钛及其制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域。本发明通过将原材料Ti₃AlC₂刻蚀成碳化钛，然后将不同比例的碳化钛和硼酸进行水热反应，最终得到三维层状硼掺杂碳化钛。本发明得到的三维层状硼掺杂碳化钛因为成核位点硼的存在起到了均匀沉积的作用，还因为层间距小限制了沉积析出过程中锂枝晶的生长，很大程度上，提高了锂负极的安全性，库伦效率以及循环寿命，且本发明的制备方法操作简单易行，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种三维层状硼掺杂碳化钛及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，锂离子电池作为储能器件，发展非常迅速。由于锂离子电池具有高的能量密度，长的循环寿命，自放电少，无记忆效应等优势被广泛应用于各行各业，锂离子电池因此受到了众多研究者的关注。但是锂离子电池在使用过程中发现，随着反应进行，金属锂生长出不可控制的锂枝晶，锂枝晶刺破隔膜导致电池短路或者生成死锂，造成锂资源浪费。为了应对这一问题，目前通用的方法是把金属锂负载在特殊结构的材料中，抑制锂枝晶生长，从而缓解资源浪费的问题。但是目前商业化的三维层状结构制备方法复杂，成本较高，效果不尽人意。

因此，得到一种操作简单、均匀沉积金属锂、抑制锂枝晶生长的三维层状硼掺杂碳化钛的制备方法是目前急需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维层状硼掺杂碳化钛及其制备方法和应用，用本发明三维层状硼掺杂碳化钛制备的三维层状金属锂负极为均匀沉积的三维多层状金属锂负极。极大地提高了锂金属电池的安全性，循环性能及库伦效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种三维层状硼掺杂碳化钛的制备方法，包括以下步骤：

1)将Ti₃AlC₂和LiF在HCl溶液中反应，得到的产物水洗至中性，干燥后得到Ti₃C₂粉末；

2)将Ti₃C₂粉末、水和H₃BO₃混合水热反应即得三维层状硼掺杂碳化钛。

进一步的，所述Ti₃AlC₂、LiF和HCl溶液的质量体积比为10～2000mg：10～3000mg：1～50mL。

进一步的，所述HCl溶液的浓度为3～12mol/L。

进一步的，步骤1)中，反应的温度为20～30℃，反应的时间为1～72h。

进一步的，步骤1)中，干燥的温度为40～120℃，干燥的时间为4～12h。

进一步的，所述Ti₃C₂粉末、水和H₃BO₃的质量体积比为30～900mg：300～9000mL：10～800mg。

进一步的，所述水热反应的温度为20～400℃，水热反应的时间为2～72h。

进一步的，水热反应之后还需要进行干燥处理，所述干燥处理的温度为40～120℃，干燥处理的时间为4～10h。

本发明提供了一种三维层状硼掺杂碳化钛。

本发明提供了一种三维层状硼掺杂碳化钛作为负极材料在锂离子电池中的应用。

本发明的有益效果：