CN105098162A - 一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents

一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,它属于纳米陶瓷材料合成与制备领域。它要解决现有Ti3C2Tx/石墨烯复合材料的制备工艺复杂及效率低的问题。方法:一、制备Ti3AlC2粉末;二、制备堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;三、制备悬浮液;四、取制备片层状的Ti3C2Tx粉体;五、与氧化石墨烯复合,即完成。本发明的制备方法只需要制备Ti3C2Tx粉体,采用氧化石墨烯作为原料,可以在市场上直接购买,不仅原料制备的周期相对较短,而且氧化石墨烯表面同样含有官能团,亲水性更好,更容易和Ti3C2Tx复合在一起;且抽滤只需要1次,效率高,工艺简单、具有较强的推广和应用价值。

Description

一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米陶瓷材料合成与制备领域,具体涉及一种MXene复合材料的制备方法。
背景技术
Ti3C2Tx作为一种新型的二维材料,其理论体积比电容远高于所有的碳材料,在锂离子电池方面极具应用前景。剥离后的Ti3C2Tx材料相比其多层结构能够储存更多的锂离子,但是由于制备过程中Ti3C2Tx片层产生堆垛的现象,限制了其储存锂离子的能力;制备过程中Ti3C2Tx会与水和腐蚀剂发生化学反应,使其表面存在官能团,严重影响了其导电性能,同样限制了其在锂离子电池方面的应用。目前只有Ti3C2Tx可以成功制备并进行电化学性能等测试,同Ti3AlC2相比其储锂能力和体积比电容提高四倍之多,应用前景广阔。
石墨烯具有和Ti3C2Tx类似的二维层状结构,电子迁移率高达200000cm2v-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***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。
通过在Ti3C2Tx片层中***石墨烯,一方面增大Ti3C2Tx材料的片层间距,提高其储存锂离子的能力;另一方面提高碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的导电性。进一步推动碳化钛纳米片/石墨烯复合材料在锂离子电池方面的应用前景。
目前,采用交替抽滤的方法制备出6-10层厚的三明治形状的Ti3C2Tx/石墨烯复合材料:首先将Ti3C2Tx的悬浮液通过真空辅助抽滤的方法抽滤到一张聚丙烯薄膜上,再在其基础上抽滤一层石墨烯,如此交替抽滤,得到6-10层的Ti3C2Tx/石墨烯复合材料;这种方法需要分别制备Ti3C2Tx和石墨烯的悬浮液,相对来说工艺复杂,原料制备时间较长,且抽滤次数过多,失败可能性较大,因此效率较低。
发明内容
本发明目的是为了解决现有Ti3C2Tx/石墨烯复合材料的制备工艺复杂及效率低的问题,而提供一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法。
一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:(1.1~1.3):2混匀后,在1400℃~1500℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为20wt.%~50wt.%的氢氟酸中腐蚀4~24h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:(10~100)混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散2~24h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌6~24h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本发明具有以下有益效果:
1、本方法中可通过调节氢氟酸的浓度和腐蚀时间、Ti3C2Tx与石墨烯的质量比和搅拌时间、离心的时间和次数、超声波功率和振动时间等来提高碳化钛/石墨烯复合材料的性能,获得二维碳化钛/石墨烯片层。
2、本发明的制备方法只需要制备Ti3C2Tx粉体,采用氧化石墨烯作为原料,可以在市场上直接购买,不仅原料制备的周期相对较短,而且氧化石墨烯表面同样含有官能团,亲水性更好,更容易和Ti3C2Tx复合在一起;且抽滤只需要1次,效率高。
3、本发明制备的Ti3C2Tx粉体具有一种层片状的结构,这种结构类似于石墨烯,锂离子在层片之间会发生扩散,起到储存锂离子的作用,可应用于锂离子电池中做电极材料。同时在Ti3C2Tx中掺杂石墨烯不仅为了提高其导电性,还可以抑制团聚的发生,提高其电化学的性能(容量,充放电特性,循环性能,倍率特性),扩大其在锂离子电池方面的应用范围。
4、本发明中掺杂石墨烯,能够有效增大Ti3C2Tx材料的片层间距,提高了碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的储锂性能,应用范围更广阔。
5、本方法由于采用抽滤法,更容易制备出混合均匀,性能优异的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料,比Ti3C2Tx材料性能更优异,且工艺简单、生产效率高,具有较强的推广和应用价值。
附图说明
图1是实施例1中浓度为30wt.%的氢氟酸中腐蚀4h的Ti3C2Tx的SEM图;
图2是实施例2中浓度为30wt.%的氢氟酸中腐蚀12h的Ti3C2Tx的SEM图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:(1.1~1.3):2混匀后,在1400℃~1500℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为20wt.%~50wt.%的氢氟酸中腐蚀4~24h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:(10~100)混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散2~24h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌6~24h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本实施方式步骤二中将Ti3AlC2粉末放入浓度为20wt.%~50wt.%的氢氟酸中腐蚀4~24h,目的是使Ti3AlC2相中的Al被腐蚀掉。
本实施方式步骤二中腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,目的是去除氢氟酸。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤一中将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.2:2混匀后,在1450℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是,步骤二中将Ti3AlC2粉末放入浓度为40wt.%的氢氟酸中腐蚀12h。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是,步骤三中将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:20混合。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是,步骤二和步骤三中的离心速度均为100rpm~4000rpm、离心时间均为30min~120min、离心次数均为1~10次。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是,步骤四中加入去离子水并超声震荡分散12h。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是,步骤四中超声波功率为300W~600W、超声波频率为20~40KHz。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是,步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:(200~1000)。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是,步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:(10~100)。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是,步骤五中室温搅拌12h。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一:本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是,步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:(1~99)。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二:本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是,步骤三和步骤五中有机溶剂均为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或TritonX100。其它步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例1:
可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.2:2混匀后,在1400℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为30wt.%的氢氟酸中腐蚀4h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与二甲基亚砜按照质量比为1:20混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散6h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到二甲基亚砜中,室温搅拌6h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本实施例步骤二和步骤三中的离心速度均为1000rpm、离心时间均为60min、离心次数均为3次。
本实施例步骤四中超声波功率为500W、超声波频率为30KHz。
本实施例步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:600。
本实施例步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:50。
本实施例步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:10。
本实施例步骤二中氢氟酸中腐蚀4h的Ti3C2Tx的SEM图,见图1,可以看出Ti3C2Tx具有一种层片状的结构,这种结构类似于石墨烯,锂离子在层片之间会发生扩散,起到储存锂离子的作用,可应用于锂离子电池中做电极材料。但是由于其表面存在的官能团严重影响了Ti3C2Tx的导电性,而层片的团聚现象同时影响了Ti3C2Tx的电化学性能。因此加入石墨烯形成复合材料以提高其导电性,并且在Ti3C2Tx或石墨烯的层片中掺入其他材料可有效减少团聚的片层数量,所以在Ti3C2Tx中掺杂石墨烯不仅为了提高其导电性,还可以抑制团聚的发生,提高其电化学的性能(容量,充放电特性,循环性能,倍率特性),扩大其在锂离子电池方面的应用范围。
实施例2:
可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.1:2混匀后,在1500℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为30wt.%的氢氟酸中腐蚀12h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:20混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散12h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌6h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备,获得碳化钛/石墨烯片层;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本实施例步骤二和步骤三中的离心速度均为2000rpm、离心时间均为40min、离心次数均为2次。
本实施例步骤四中超声波功率为400W、超声波频率为30KHz。
本实施例步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:700。
本实施例步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:60。
本实施例步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:5。
本实施例步骤二中氢氟酸中腐蚀12h的Ti3C2Tx的SEM图,见图2,可以看出Ti3C2Tx具有一种层片状的结构,这种结构类似于石墨烯,锂离子在层片之间会发生扩散,起到储存锂离子的作用,可应用于锂离子电池中做电极材料。但是由于其表面存在的官能团严重影响了Ti3C2Tx的导电性,而层片的团聚现象同时影响了Ti3C2Tx的电化学性能。因此加入石墨烯形成复合材料以提高其导电性,并且在Ti3C2Tx或石墨烯的层片中掺入其他材料可有效减少团聚的片层数量,所以在Ti3C2Tx中掺杂石墨烯不仅为了提高其导电性,还可以抑制团聚的发生,提高其电化学的性能(容量,充放电特性,循环性能,倍率特性),扩大其在锂离子电池方面的应用范围。
实施例3:
可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.1:2混匀后,在1400℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为40wt.%的氢氟酸中腐蚀24h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:20混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散6h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌6h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本实施例步骤二和步骤三中的离心速度均为1000rpm、离心时间均为50min、离心次数均为3次。
本实施例步骤四中超声波功率为300W、超声波频率为40KHz。
本实施例步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:500。
本实施例步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:20。
本实施例步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:5。
本实施例步骤二中氢氟酸中腐蚀24h的Ti3C2Tx,经检测,具有一种层片状的结构,这种结构类似于石墨烯,锂离子在层片之间会发生扩散,起到储存锂离子的作用,可应用于锂离子电池中做电极材料。
实施例4:
可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.2:2混匀后,在1500℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为50wt.%的氢氟酸中腐蚀6h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:30混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散6h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌12h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本实施例步骤二和步骤三中的离心速度均为3000rpm、离心时间均为30min、离心次数均为4次。
本实施例步骤四中超声波功率为500W、超声波频率为30KHz。
本实施例步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:500。
本实施例步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:20。
本实施例步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:15。
本实施例步骤二中氢氟酸中腐蚀6h的Ti3C2Tx,经检测,具有一种层片状的结构,这种结构类似于石墨烯,锂离子在层片之间会发生扩散,起到储存锂离子的作用,可应用于锂离子电池中做电极材料。
实施例5:
可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.2:2混匀后,在1450℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为30wt.%的氢氟酸中腐蚀16h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:30混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散8h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌10h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本实施例步骤二和步骤三中的离心速度均为4000rpm、离心时间均为30min、离心次数均为4次。
本实施例步骤四中超声波功率为600W、超声波频率为20KHz。
本实施例步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:500。
本实施例步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:30。
本实施例步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:20。
本实施例步骤二中氢氟酸中腐蚀16h的Ti3C2Tx,经检测,具有一种层片状的结构,这种结构类似于石墨烯,锂离子在层片之间会发生扩散,起到储存锂离子的作用,可应用于锂离子电池中做电极材料。
实施例6:
可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.3:2混匀后,在1500℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为50wt.%的氢氟酸中腐蚀4h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:50混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散2h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌20h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
本实施例步骤二和步骤三中的离心速度均为4000rpm、离心时间均为40min、离心次数均为4次。
本实施例步骤四中超声波功率为600W、超声波频率为40KHz。
本实施例步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:700。
本实施例步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:30。
本实施例步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:40。
本实施例步骤二中氢氟酸中腐蚀4h的Ti3C2Tx,经检测,具有一种层片状的结构,这种结构类似于石墨烯,锂离子在层片之间会发生扩散,起到储存锂离子的作用,可应用于锂离子电池中做电极材料。

Claims (10)

1.一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于它按以下步骤实现:
一、将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:(1.1~1.3):2混匀后,在1400℃~1500℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷,然后进行粉碎,得到Ti3AlC2粉末;
二、将Ti3AlC2粉末放入浓度为20wt.%~50wt.%的氢氟酸中腐蚀4~24h,腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理,然后将沉淀物烘干,得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体;
三、将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:(10~100)混合,然后进行离心处理,得到悬浮液;
四、取悬浮液的上清液,加入去离子水并超声震荡分散2~24h,烘干后得到片层状的Ti3C2Tx粉体;
五、将片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯同时加入到有机溶剂中,室温搅拌6~24h,然后进行抽滤,去除有机溶剂,再在80℃下烘干,即完成可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备;
其中步骤二堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体中T为腐蚀后粉末上形成的-F基团或-OH基团。
2.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤一中将Ti、Al、C粉末按照摩尔比3:1.2:2混匀后,在1450℃下通过无压烧结合成Ti3AlC2相陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤二中将Ti3AlC2粉末放入浓度为40wt.%的氢氟酸中腐蚀12h。
4.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤三中将堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体与有机溶剂按照质量比为1:20混合。
5.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤二和步骤三中的离心速度均为100rpm~4000rpm、离心时间均为30min~120min、离心次数均为1~10次。
6.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤四中超声波功率为300W~600W、超声波频率为20~40KHz。
7.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤四悬浮液的上清液中有Ti3C2Tx,Ti3C2Tx与去离子水的质量比为1:(200~1000)。
8.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤五中片层状的Ti3C2Tx粉体和氧化石墨烯的总质量与有机溶剂的质量比为1:(10~100)。
9.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤五中氧化石墨烯和片层状的Ti3C2Tx粉体的质量比为1:(1~99)。
10.根据权利要求1所述的一种可用于锂离子电池负极的碳化钛纳米片/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤三和步骤五中有机溶剂均为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或TritonX100。
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