[发明专利]一种MXene@TiS2

说明书

本发明公开了一种MXene@TiS₂‑TiO₂柔性复合薄膜及其制备方法，步骤1：将MXene粉末分散在去离子水中制备悬浮溶液；步骤2：将悬浮液在微孔滤膜上进行抽滤干燥最后得到MXene薄膜；步骤3：将MXene薄膜和升华硫粉转移至管式炉中进行热处理得到MXene@TiS₂‑TiO₂柔性复合薄膜；将对多硫化物具有高吸附性的二氧化钛引入MXene表面，实现物理和化学吸附效果；但由于过渡金属氧化物导电性差，所以特意将部分二氧化钛转化为二硫化钛，进一步提高MXene对多硫化物的捕捉和转化效果，该方法工艺简单，成本低，可重复性好，适用于商业化锂硫电池电极保护材料的应用。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，涉及锂硫电池电极保护材料，具体涉及一种MXene@TiS₂-TiO₂柔性复合薄膜及其制备方法。

背景技术

清洁高效的储能系统一直是电池工作者研究的方向。目前锂硫电池体系因为其高能量密度(2600kW·kg^-1)和安全环保性有望成为取代锂离子电池的二次电池体系。但由于硫本身导电性差，导致电化学反应中氧化还原动力学不足，所以电池的实际能量密度受到限制。2011年Gogotsi教授首次发现了一种二维层状过渡金属碳化物 Ti₃AlC₂，之后又发现一系列的类似的过渡金属碳化物和氮化物，并把它命名为MXene 材料，该材料具有很高的导电性和优秀的层状结构，是锂硫电池理想的改性材料。2015 年Nazar教授首次将MXene材料应用于锂硫电池正极材料中，提高了锂硫电池的初始比容量和循环性能，这为后人开发MXene材料提供了依据。

MXene具有高比表面积和高导电性，但是其对多硫化物的吸附性和转化性依旧有限。将对多硫化物具有高吸附性材料引入MXene能够步提高MXene对多硫化物的捕捉和转化效果。

发明内容

本发明目的在于提出一种工艺简单，成本低的MXene@TiS₂-TiO₂柔性复合薄膜及其制备方法，制得的用于锂硫电池的电极保护薄膜具有优异的锂硫电池电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种MXene@TiS₂-TiO₂柔性复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将MXene粉末分散在去离子水中制备成浓度为3～10mg/mL的悬浮溶液；MXene粉末为Ti₂CT_x，Ti₃C₂T_x和Ti₃CNT_x中的一种；

步骤2：将步骤1中形成的悬浮液转移至真空抽滤装置中，并在微孔滤膜上进行抽滤，抽滤后将膜转移至真空干燥箱中干燥，最后得到MXene薄膜；

步骤3：按重量比为1:(150～400)将步骤2中得到的MXene薄膜和升华硫粉转移至管式炉中进行热处理，加热速率为5～10℃/min，在保护气氛下从室温加热至 400～500℃保温1～4h，之后自然冷却；最终得到MXene@TiS₂-TiO₂柔性复合薄膜。

进一步，所述步骤2中微孔滤膜为PVDF，PTEF，聚醚砜和尼龙中的一种，且滤膜孔径为0.22～0.45μm。

进一步，所述步骤2中抽滤温度为20～35℃。

进一步，所述步骤2中真空烘箱中干燥的温度为30～40℃，烘干所需时间为2～6h。

进一步，所述步骤3中保护气氛为氩气，氮气和氖气中的一种。