[发明专利]一种三维TiO2

说明书

本发明涉及一种锂电池负极材料，具体涉及一种三维TiO₂纳米线/MXene复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将Ti₃AlC₂加入至氢氟酸中，刻蚀剥离铝层；S2：将步骤S1得到的反应液离心干燥，得到Ti₃C₂MXene；S3：将步骤S2得到的Ti₃C₂MXene超声分散在氢氧化钠溶液中，经磁力搅拌后得到复合材料前驱体；S4：将步骤S3得到的复合材料前驱体离心、干燥，得到复合材料。与现有技术相比，本发明通过氢氧化钠溶液使MXene碱化可以扩大其层间距，利于锂离子的存储与运输，使得该复合材料具有更高的可逆容量和更好的倍率性能以及良好的循环稳定性和导电性，适用于锂离子电池中的应用。

技术领域

本发明涉及一种锂电池负极材料，具体涉及一种三维TiO₂纳米线/MXene复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着化石燃料资源的枯竭和环境污染愈发严重，发展先进的可再生能源技术成为全球的当务之急。锂离子电池凭借其高容量和循环稳定性被认为是未来储能领域最有前途的候选产品，其已经在便携式电子产品市场占据主导地位。

虽然锂离子电池已经从便携式电子设备、电动汽车到电网储能已被广泛用作各种应用的电源，但其能量密度仍不尽如人意。为在不损害锂离子电池功率密度和循环稳定性的情况下提高其能量存储能力，研究者已开展了大量研究工作以求寻找一种新电极材料。2D材料由于其表面/体积比大、电荷传输快和离子扩散路径短等有利于电化学动力学的多个优势，被认为是用于能量存储的优良电极候选材料。其中，MXene作为2D材料的重要成员，还表现出具有金属导电性、锂离子低扩散势垒和嵌入/脱嵌入过程中可忽略的体积变化的额外优点，受到广泛关注。

由于锂电池负极材料通常具有较差的导电性，尤其是在长期充电/放电过程后的非晶化，导致电化学性能的下降。一维纳米结构(包括纳米棒、纳米线和纳米带)因其独特的纳米级尺寸、高比表面积和抗变形应力释放的一维形状而对锂/钠存储具有吸引力，这有利于快速稳定的能量存储。但是，由于Ti₃C₂ MXene的间隙超小，导致难以实现活性纳米结构单元(例如一维(1D)纳米结构)集成到具有明确限定的三明治状结构的Ti₃C₂ MXene中间层中。

中国专利CN110002493B公开了一种二维Ti₃C₂/TiO_2-x纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，二维层状Ti₃C₂的制备：将碳钛化铝材料置于HF溶液中，搅拌处理后离心洗涤，真空干燥得到二维层状Ti₃C₂；步骤2，将步骤1所得的Ti₃C₂加入到二甲基亚砜中并搅拌均匀，离心洗涤干燥；将干燥后的Ti₃C₂分散在水中，超声分散处理得到Ti₃C₂分散液；将TiO_2-x分散在水中，超声处理后加入PVA，搅拌均匀后与Ti₃C₂分散液混合，室温搅拌过夜，离心洗涤，真空干燥即得到Ti₃C₂/TiO_2-x复合纳米材料。根据该专利的描述，制备中所用到的TiO_2-x纳米片需要通过如下步骤制得：将氢氟酸加入到钛酸四丁酯中，搅拌均匀后转移至不锈钢反应釜中，反应后得到TiO₂纳米片；将TiO₂纳米片和硼氢化钠混合研磨，置于N₂气氛的管式炉中，于300℃的温度反应，反应完成后洗涤干燥得到TiO_2-x纳米片。该过程复杂，需要在惰性条件下发送高温反应，对设备要求提升，会提高生产成本。