[发明专利]一种MXene@C@Co9S8复合物及其制备方法

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体为一种MXene@C@Co₉S₈复合物及其制备方法。Co₉S₈具备高的比容量，但其较差的导电性以及化学反应中巨大的体积膨胀限制了它的应用。本发明采用溶液共沉淀法，在Mxene上负载碳包覆的Co₉S₈纳米颗粒，同时通过双层限域作用和纳米化作用共同提升Co₉S₈作为电极材料的电化学性能，制备的复合材料MXene@C@Co₉S₈作为锂离子电池负极材料，在100mAg^‑1电流密度下，循环100次之后仍然保1680mAhg^‑1的比容量；作为钠离子电池负极材料，在100mAg^‑1电流密度下，循环100次之后仍然保持585 mAhg^‑1的比容量；作为铝电池负极材料，在1000mAg^‑1电流密度下，循环1000次之后仍然保持107 mAhg^‑1的比容量。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及MXene@C@Co₉S₈复合物及其制备方 法。

背景技术

随着化石燃料的大量消耗、温室气体的排放及能源需求量的倍增等新问题的到来，寻找清洁可再生能源并加之存储利用是目前人类面临“能源危机”所要解决的难题。目前的主要清洁能源来自于风能，水能及太阳能等，而如何将他们转化为电能像存储化石燃料一样存储起来待用。在20世纪末21世纪初发展起来的电池系统很好的解决了这一问题。通过离子在不同电极材料中的迁移，实现电能转化为材料中的化学能，从而完成了电能的存储和二次利用1。经历二十余年的研究进步和市场选择后，以锂过渡金属氧化物为正极和石墨为负极的锂离子电池逐渐占据了便携式二次电池（可反复充放电池）的市场，在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域发挥了巨大的作用。然而随着科技的进一步发展，对未来储能系统（特别是储能器件的能量密度、功率密度及循环寿命）的要求进一步提高，而受限于目前锂离子电池中正负极相对较低的比容量和部分稀缺资源的不可再生性，开发更高能量密度的新一代二次电池迫在眉睫2。金属硫化物电极材料的开发能够有效避免上述劣势。另外钠、铝电池等新型储能器件的开发和应用也是电化学发展的必然趋势1, 3。本发明开创性的制备了原位负载的 MXene@C@Co₉S₈复合物, 利用PVP两亲性得到了分散均匀的MXene@C@Co₉S₈复合物，用于锂离子电池、钠离子电池以及铝离子电池电极材料，均表现出较好的电化学性能。其中，20% MXene负载量的MXene@C@Co₉S₈复合物在作为锂离子电池负极材料，在100mAg^-1电流密度下，循环100次之后仍然保持1680mAhg^-1的比容量；作为钠离子电池负极材料,在100mAg^-1电流密度下，循环100次之后仍然保持585 mAhg^-1的比容量；作为铝电池负极材料，在1000mAg^-1电流密度下，循环1000次之后仍然保持107 mAhg^-1的比容量。

参考文献：

1、Yuxiang Hu, Delai Ye, Bin Luo, Han Hu, Xiaobo Zhu, Songcan Wang, LinlinLi,Shengjie Peng,and Lianzhou Wang.A Binder-Free and Free-Standing CobaltSulfide @Carbon Nanotube Cathode Material for Aluminum-Ion Batteries.Adv.Mater. 2018, 30, 1703824.