[发明专利]一种MXene/金属硫化物复合材料、负极材料及制备与应用

说明书

本发明属于高性能/高能量密度锂离子电池负极技术领域，具体涉及一种MXene/金属硫化物复合材料、负极材料及制备与应用。本发明将过渡金属元素的金属盐与MXene材料混合搅拌，经固液分离、干燥，得到MXene/金属盐混合物；在保护气氛下，将MXene/金属盐混合物与硫源混合并热处理，得到MXene/金属硫化物复合材料。本发明还提供了一种硫掺杂MXene/金属硫化物基复合电池负极材料，该负极材料包含上述MXene/金属硫化物复合材料。本发明提供的负极材料具有良好的长循环稳定性和高的能量密度，同时具有优异的倍率性能，可应用在多种领域。

技术领域

本发明属于高性能/高能量密度锂离子电池负极技术领域，具体涉及一种MXene/金属硫化物复合材料、负极材料及制备与应用。

背景技术

在过去的几十年间，锂离子电池一直由于其高的能量密度，轻的质量以及良好的循环性能，受到人们的极大关注。但随着社会的发展，现有的锂离子电池已经很难满足一些电子设备、大型电网以及电动汽车的使用要求。面对不断增长的对更高性能电池的需求，人们迫切的需要开发出一款新型电极材料，以得到具有更高能量密度、更长循环寿命以及快速充放电能力新型锂离子电池。

过渡金属硫化物拥有较高的理论容量和较低的成本，是近年来研究的热门材料。但该类材料导电性差，在电化学反应过程中，电极材料体积变化严重，容易造成电极粉化，从而降低电池的容量和寿命。同时过渡金属硫化物材料与锂反应可产生可溶于电解液的多硫化物中间体产物，形成穿梭效应，导致容量进一步降低。

MXene材料是2011年新发现的二维过渡金属碳/氮化物材料，与石墨烯类似，具有高的比表面积，优异的导电性，超高的电子电导率，高的机械强度和优异的电化学性能，在电池电极材料上具有巨大的应用潜力。采用硫掺杂改性MXene材料，使MXene材料上具有更多的活性位点，可与其它材料牢固的结合。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明首要目的在于提供一种MXene/金属硫化物复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的MXene/金属硫化物复合材料。

本发明的再一目的在于提供上述MXene/金属硫化物复合材料的应用。

本发明的第四个目的在于提供一种硫掺杂MXene/金属硫化物基复合电池负极材料，该负极材料包含上述MXene/金属硫化物复合材料。

本发明的第五个目的在于提供上述硫掺杂MXene/金属硫化物基复合电池负极材料的制备方法，该制备方法工艺简单，制备方法环保。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种MXene/金属硫化物复合材料的制备方法，包含如下步骤：

(1)将过渡金属元素的金属盐、MXene材料与水混合并搅拌，然后经固液分离，干燥，得到MXene/金属盐混合物；

(2)在保护气氛下，将步骤(1)制得的MXene/金属盐混合物与硫源混合，升温至300～900℃并保温1～6h，得到MXene/金属硫化物复合材料；

步骤(1)中所述的过渡金属元素优选为锡、锑、钴、铁、钛、钼和锰中的至少一种；

步骤(1)中所述的过渡金属元素的金属盐优选为过渡金属元素的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氯化物中的至少一种；