CN107492641A - 一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107492641A
CN107492641A CN201710638809.0A CN201710638809A CN107492641A CN 107492641 A CN107492641 A CN 107492641A CN 201710638809 A CN201710638809 A CN 201710638809A CN 107492641 A CN107492641 A CN 107492641A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium carbide
titanium
accordion
preparation
composite materials
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710638809.0A
Other languages
English (en)
Inventor
武卫明
周丽敏
张长松
侯绍刚
王书红
赵凌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anyang Institute of Technology
Original Assignee
Anyang Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anyang Institute of Technology filed Critical Anyang Institute of Technology
Priority to CN201710638809.0A priority Critical patent/CN107492641A/zh
Publication of CN107492641A publication Critical patent/CN107492641A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • H01M4/5815—Sulfides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种微观结构为手风琴状的碳化钛‑四硫化三钛(Ti3S4)复合材料及其制备方法，以氢氟酸刻蚀Ti3SiC2、Ti3AlC2或者Ti2AlC陶瓷粉末材料所制备出的手风琴状碳化钛材料为原料，在高温条件下通过单质硫与上述碳化钛反应，可以制备出微观结构为手风琴状的碳化钛‑四硫化三钛(Ti3S4)复合纳米材料。以该碳化钛‑四硫化三钛(Ti3S4)复合纳米材料作为锂离子电池的负极材料，该复合材料展示出较高的比容量，良好的倍率性能和充放电循环性能。

Description

一种碳化钛-四硫化三钛复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米复合材料的制备领域，具体说是一种微观结构为“手风琴”状碳化钛-Ti3S4复合纳米材料的制备方法。
背景技术
石墨烯以及类石墨烯二维纳米材料是近年来新兴的纳米材料，由于其独特的结构和性质，使其可以广泛应用于储能、催化、电子等领域。碳化钛二维纳米材料是一种新型的类石墨烯纳米材料，具有厚度薄、电导率高等优点，可以应用于锂离子电池、锂硫电池、超级电容器、燃料电池等领域，但其较低的质量比容量限制了其进一步的发展和应用。
通过化学刻蚀Ti3SiC2、Ti3AlC2或者Ti2AlC层状陶瓷材料的方法可以制备出微观结构为“手风琴”状二维结构碳化钛纳米片的组合体，经过进一步的硫化处理，可以在保持碳化钛微观结构不发生变化的同时将其部分表面或边缘硫化，生成钛的硫化物，这样可以在保持碳化钛高电导率的同时，以钛的硫化物对其表面进行修饰，从而达到提高其储锂比容量以及倍率性能的能力。
发明内容
为了提高锂离子电池的比容量、倍率性能和充放电循环性能，本发明的目的在于提供一种微观结构为“手风琴”状碳化钛-Ti3S4复合纳米材料及其制备方法，以该复合材料为负极应用于锂离子电池中，能够有效提高锂离子电池的比容量、倍率性能和充放电循环性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
首先，通过HF化学处理Ti3SiC2、Ti3AlC2或者Ti2AlC陶瓷材料，可以制备出微观结构为“手风琴”状的碳化钛二维纳米材料组合体，其中碳化钛纳米片之间通过范德华力结合在一起；其次，在600-1300oC的高温条件下，以N2或者Ar惰性气体为载气，通过单质硫与上述碳化钛纳米材料进行反应，可以将碳化钛纳米片的部分表面或者边缘硫化，从而制备出微观结构为“手风琴”状的碳化钛-Ti3S4的纳米复合材料。
本发明的优良效果在于：
通过在高温条件下的碳化钛纳米片与单质硫的化学反应可以制备出微观结构为“手风琴”状的碳化钛-Ti3S4的纳米复合材料，该方法具有工艺简单、收率高、成本低等优点，便于工业化生产。以本发明制备的碳化钛-Ti3S4的纳米复合材料为负极应用于锂离子电池中，能够显著提高锂离子电池的比容量、倍率性能及充放电循环性能。
1.采用本发明制备的碳化钛-Ti3S4纳米复合材料片作为锂离子电池的负极材料，有效提高了锂离子电池的比容量，改善了锂离子电池的倍率性能和充放电循环性能。
2.本发明制备微观结构为“手风琴”状碳化钛-Ti3S4的纳米复合材料的方法，具有产率高、成本低、工艺简单等优点，便于工业化放大生产。
3.采用本发明制备的碳化钛-Ti3S4纳米复合材料，在保持碳化钛高电导率的同时，Ti3S4纳米片或者纳米粒子能够以良好的结合力生长在碳化钛纳米片的面上和边缘。
具体实施方式
实施例 1
在室温条件下通过40%的HF溶液处理Ti3SiC2粉末材料，制备出微观结构为手风琴状的Ti3C2材料，将该Ti3C2材料放置于管式炉中间位置处，尽可能的接近热偶放置的位置，同时将单质硫粉放置在Ti3C2材料的上风口位置，以Ar为载气，以5oC/min的升温速率升至1000oC，保温1h即可获得微观结构为“手风琴”状的Ti3C2-Ti3S4纳米复合材料。以所制备的Ti3C2-Ti3S4纳米复合材料为电极材料，通过与乙炔黑以及聚偏氟乙烯混合后涂覆于铜片上（质量比为80:10:10），经过真空烘干后作为电极，以金属锂片作为对电极，以含1mol L-1LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯（DMC）混合溶液为电解质（EC/DMC的体积比为1:1），在0.01-3V的测试电压下，经过充放电50次循环之后该电极的可逆比容量为560 mAh g-1，仍能够保持初始容量的95%， 在1000mA g-1的电流密度下，电极的可逆比容量可达230 mAh g-1。
实施例 2
在室温条件下通过30%的HF溶液处理Ti3AlC2粉末材料，制备出微观结构为手风琴状的Ti3C2材料，将该Ti3C2材料放置于管式炉中间位置处，尽可能的接近热偶放置的位置，同时将单质硫粉放置在Ti3C2材料的上风口位置，以N2为载气，以5oC/min的升温速率升至1100oC，保温30min即可获得微观结构为“手风琴”状的Ti3C2-Ti3S4纳米复合材料。以所制备的Ti3C2-Ti3S4纳米复合材料为电极材料，通过与乙炔黑以及聚偏氟乙烯混合后涂覆于铜片上（质量比为80:10:10），经过真空烘干后作为电极，以金属锂片作为对电极，以含1mol L-1 LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯（DMC）混合溶液为电解质（EC/DMC的体积比为1:1），在0.01-3V的测试电压下，经过充放电50次循环之后该电极的可逆比容量为530 mAh g-1，仍能够保持初始容量的93%， 在1000mA g-1的电流密度下，电极的可逆比容量可达215 mAh g-1。
实施例 3
在室温条件下通过15%的HF溶液处理Ti2AlC粉末材料，制备出微观结构为手风琴状的Ti2C材料，将该Ti2C材料放置于管式炉中间位置处，尽可能的接近热偶放置的位置，同时将单质硫粉放置在Ti3C2材料的上风口位置，以N2为载气，以5oC/min的升温速率升至900oC，保温2h即可获得微观结构为“手风琴”状的Ti2C-Ti3S4纳米复合材料。以所制备的Ti2C-Ti3S4纳米复合材料为电极材料，通过与乙炔黑以及聚偏氟乙烯混合后涂覆于铜片上（质量比为80:10:10），经过真空烘干后作为电极，以金属锂片作为对电极，以含1mol L-1 LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯（DMC）混合溶液为电解质（EC/DMC的体积比为1:1），在0.01-3V的测试电压下，经过充放电50次循环之后该电极的可逆比容量为480 mAh g-1，仍能够保持初始容量的91%， 在1000mA g-1的电流密度下，电极的可逆比容量可达190 mAh g-1。

Claims (5)

1.一种碳化钛-四硫化三钛复合材料及其制备方法，其特征在于：碳化钛为二维纳米片结构的组合体，微观结构为“手风琴”状，四硫化三钛生长在碳化钛纳米片的面上和边缘，该复合材料可以作为负极材料应用于锂离子电池中。
2.按照权利要求1所述的一种碳化钛-四硫化三钛复合材料及其制备方法，其特征在于：通过单质硫在高温条件下与具有“手风琴”状碳化钛纳米片组合体的反应制备而成。
3.按照权利要求1或2所述的一种碳化钛-四硫化三钛复合材料及其制备方法，其特征在于：“手风琴”状碳化钛纳米片组合体通过HF化学刻蚀Ti3SiC2、Ti3AlC2以及Ti2AlC陶瓷粉末的方法制备。
4.按照权利要求1或3所述的一种碳化钛-四硫化三钛复合材料及其制备方法，其特征在于：“手风琴”状碳化钛纳米片，其化学组成为Ti3C2或者Ti2C。
5.按照权利要求1或2所述的一种碳化钛-四硫化三钛复合材料及其制备方法，其特征在于：单质硫与“手风琴”状碳化钛纳米片反应的条件为，单质硫与碳化钛纳米片反应的温度在600-1300oC之间，反应时间在5min-12h之间。
CN201710638809.0A 2017-07-31 2017-07-31 一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法 Pending CN107492641A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710638809.0A CN107492641A (zh) 2017-07-31 2017-07-31 一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710638809.0A CN107492641A (zh) 2017-07-31 2017-07-31 一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107492641A true CN107492641A (zh) 2017-12-19

Family

ID=60643906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710638809.0A Pending CN107492641A (zh) 2017-07-31 2017-07-31 一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107492641A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110165164A (zh) * 2019-05-08 2019-08-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种硅-层状碳化钛负极材料及其制备方法
CN110902657A (zh) * 2018-09-17 2020-03-24 北京航空航天大学 膨胀过渡金属硫族化合物的制备方法
CN113943003A (zh) * 2021-11-09 2022-01-18 滁州学院 一种以Ti3SiC2为前驱体制备二维材料Ti3C2的方法
CN114276141A (zh) * 2020-11-12 2022-04-05 郑州伯利森新材料科技有限公司 一种高温硫化热处理法制备碳化钛二维纳米片的方法
CN114538505A (zh) * 2022-03-18 2022-05-27 中国地质大学（武汉） 纳米片状TiS2/Ti3C2TX MXene/C复合材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016012275A1 (en) * 2014-07-22 2016-01-28 Basf Se Composites comprising mxenes for cathodes of lithium sulfur cells
CN105449186A (zh) * 2015-11-18 2016-03-30 中国科学院深圳先进技术研究院 一种新型二次电池及其制备方法
CN105887015A (zh) * 2016-04-15 2016-08-24 中国科学院上海技术物理研究所 制备大面积单层二硫化钨和二硫化钼结构的分步气相方法
CN106025200A (zh) * 2016-05-24 2016-10-12 浙江大学 一种氮掺杂MXene电池负极材料的制备方法及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016012275A1 (en) * 2014-07-22 2016-01-28 Basf Se Composites comprising mxenes for cathodes of lithium sulfur cells
CN105449186A (zh) * 2015-11-18 2016-03-30 中国科学院深圳先进技术研究院 一种新型二次电池及其制备方法
CN105887015A (zh) * 2016-04-15 2016-08-24 中国科学院上海技术物理研究所 制备大面积单层二硫化钨和二硫化钼结构的分步气相方法
CN106025200A (zh) * 2016-05-24 2016-10-12 浙江大学 一种氮掺杂MXene电池负极材料的制备方法及其应用

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110902657A (zh) * 2018-09-17 2020-03-24 北京航空航天大学 膨胀过渡金属硫族化合物的制备方法
CN110902657B (zh) * 2018-09-17 2021-06-18 北京航空航天大学 膨胀过渡金属硫族化合物的制备方法
CN110165164A (zh) * 2019-05-08 2019-08-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种硅-层状碳化钛负极材料及其制备方法
CN114276141A (zh) * 2020-11-12 2022-04-05 郑州伯利森新材料科技有限公司 一种高温硫化热处理法制备碳化钛二维纳米片的方法
CN114276141B (zh) * 2020-11-12 2023-05-05 鱼台齐鑫化工有限公司 一种高温硫化热处理法制备碳化钛二维纳米片的方法
CN113943003A (zh) * 2021-11-09 2022-01-18 滁州学院 一种以Ti3SiC2为前驱体制备二维材料Ti3C2的方法
CN114538505A (zh) * 2022-03-18 2022-05-27 中国地质大学（武汉） 纳米片状TiS2/Ti3C2TX MXene/C复合材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107492641A (zh) 一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法
CN108172891B (zh) 一种全固态锂电池及其制备方法
JP6599106B2 (ja) リチウム二次電池用負極材料及びその製造方法、並びに該負極材料を用いたリチウム二次電池用の負極活物質層用組成物、リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
CN107425185B (zh) 一种碳纳米管负载的碳化钼材料的制备方法及其在锂硫电池正极材料中的应用
CN109314228A (zh) 硫碳复合物及包含其的锂硫电池
JP6263823B2 (ja) 負極スラリー、負極スラリーの製造方法及び二次電池
Weng et al. High-performance LiTi 2 (PO 4) 3 anodes for high-areal-capacity flexible aqueous lithium-ion batteries
CN109950480B (zh) 一种锂离子电池负极材料碳包覆硫化锡纳米带的制备方法
CN107492658A (zh) 一种二硫化钛纳米片及其制备方法
CN108923037B (zh) 一种富硅SiOx-C材料及其制备方法和应用
CN108987733B (zh) 一种锂离子电池负极材料活性多孔碳@FeS的制备方法
KR20180099572A (ko) 질소 도핑된 그래핀의 제조 방법, 이를 이용한 황-그래핀 복합체의 제조 방법 및 상기 황-그래핀 복합체를 포함하는 리튬 황 전지 양극
CN111668453A (zh) 柔性自支撑正极材料及其制备方法和应用
CN107658461B (zh) 一种以有机铁化合物为原料制备氟化铁/碳复合材料的方法
CN108923027B (zh) 一种有机酸修饰的Si/TiO2/rGO@C锂离子电池负极材料及其制备方法与应用
CN103159201B (zh) 一种制备碳包覆磷酸铁锂锂离子电池正极复合材料的高压、低温方法
CN107946548A (zh) 储锂铁氧化物与碳复合的锂离子电池负极材料的制备方法
CN103647082A (zh) 一种锂离子二次电池硬炭微球负极材料的制备方法
CN110729478B (zh) 一种三硫化二锑纳米点/硫掺杂碳复合材料及其制备方法和在钠/钾离子电池中的应用
CN113060724A (zh) 一种空心碳球及其制备方法和应用
CN110171828B (zh) 一种基于碳布定向生长的FeS纳米材料及其制备方法和应用
CN110265646B (zh) 一种氮掺杂类石墨烯活性碳材料及其制备方法和应用
KR101223710B1 (ko) 전해액 함침성이 우수한 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 이차전지
JP2015149208A (ja) リチウムイオン二次電池用負極材及びその製造方法、ならびに負極及びリチウムイオン二次電池
CN110444754A (zh) 一种碳纳米管限域硫硒复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171219