[发明专利]一种碳化钛‑四硫化三钛复合材料及其制备方法

说明书

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600-1300^oC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