[发明专利]一种锂硫电池正极材料用硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料，其特征在于：采用二维过渡金属碳化物或碳氮化物MXene为原料，通过静电纺丝技术合成MXene掺杂聚丙烯腈纳米纤维，再经高温碳化得到氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料，然后利用球磨和热融法掺硫制备而得硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料。

2.一种硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）制备MXene：

将研磨过的MAX相陶瓷粉体浸入HF溶液，升温至50～90℃，磁力搅拌12～24小时，之后离心取得产物，用去离子水洗涤至中性，置于烘箱中60～80℃干燥12～24小时，即得MXene；

（2）制备氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料：

取适量聚丙烯腈、步骤(1)中制备的MXene，置于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌12～24小时后取均匀溶液通过静电纺丝制得MXene掺杂聚丙烯腈纳米纤维，随后将制备好的MXene掺杂聚丙烯腈纳米纤维置于管式炉中，在氩气气氛下高温煅烧，随炉冷却后获得氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料；

（3）制备硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料：

将步骤（2）中制得的氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料和纯相纳米硫粉按照质量比为1：2～5放入球磨罐内，使用行星式球磨机在转速为500～800r/min条件下混合处理3～5h，将球磨后得到的混合物放入氮气保护下的管式炉中热处理，得到硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料。

3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于：所述MAX相陶瓷可为Ti₃AlC₂、Ti₂AlC、Cr₂AlC中的一种或几种，所述MXene材料可为Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、Cr₂CT_x中的一种或几种，其中，T_x为-OH、-F中的一种或其组合。

4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于：步骤（1）中HF溶液的质量浓度为30％～50％，陶瓷粉体与HF溶液的质量比为1:10-30。

5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述聚丙烯腈用量为1～2g，MXene用量为1～2g，N,N-二甲基甲酰胺的用量为10～20mL。

6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于：所述高温煅烧的温度为500～1000℃，煅烧时间为2～5小时。

7.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于：所述热处理的温度为100～200℃，热处理时间为8～24h。

8.根据权利要求1所述硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料的应用，其特征在于，所述硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料用作锂硫电池的正极材料。