[发明专利]一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料及其制备方法，所述方法包括：（1）将MAX相粉末进行酸蚀、过滤、洗涤、干燥，得到具有多孔结构的MXene纳米材料；（2）将硫酸锂配成溶液，在与碳类材料或碳前驱体按比例混合，制成碳/硫酸锂或碳前驱体/硫酸锂复合材料；（3）在保护性气氛下加热步骤（2）中的碳/硫酸锂或碳前驱体/硫酸锂复合材料，通过热还原的方式将上述复合材料还原成硫化锂/碳材料；（4）将步骤（1）中具有多孔结构的MXene纳米材料与步骤（3）中的硫化锂/碳混合，球磨，即得MXene/硫化锂/碳复合正极材料。与现有技术相比，本发明制备的MXene/硫化锂/碳复合正极材料导电性高、比容量高、循环性能好、倍率性能好、制备工艺简单等优点。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池由于其能量密度高、对环境友好、电极材料价格低廉而成为人们研究的热点。锂硫电池的正极材料通常分为单质硫类和硫化锂类两种。单质硫类正极材料价廉易得、制备过程简单，但是充放电过程中会有较大的体积膨胀，破坏材料的结构，从而影响电池的电化学性能。对于硫化锂类材料而言，是先充电再放电，因此避免了体积膨胀导致的材料结构的破坏，可以得到更好的电化学性能。但是硫化锂对水及其敏感，使得制备保存等过程受到很多限制，导致硫化锂价格昂贵，制约了硫化锂正极的发展。

硫化锂的导电性差，因此与一些导电性好的材料复合也是硫化锂的研究方向之一。专利CN106299261A公开了一种硫化锂/碳复合纳米材料，采用碳还原硫酸锂而合成硫化锂/碳的纳米复合材料，应用于锂硫电池等设备中。但用这种方法合成的硫化锂的导电性和比容量有限。

MXene是一种新型过渡金属碳(氮)化物二维晶体，具有和石墨烯类似的结构，化学式为M_n+1X_n，其中n＝1，2或3，M为早期过渡金属元素，X为碳或者氮元素，这一类材料可以通过氢氟酸解离层状陶瓷材料MAX(A为主族元素)获得，目前，MXene在电池的正极材料中的应用还较为少见，专利201610951729.6公开了二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料及其制备和应用，该复合材料由二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片与纳米硫颗粒构成，为纳米硫颗粒原位生长在二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片表面，表示为S@MXene。将单层或少层的二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片的稳定悬浮液其与硫代硫酸钠或多硫化钠溶液混合，采用甲酸作为还原剂使反应生成的纳米硫均匀生长在二维MXene纳米片表面，经中和、洗涤、离心得到二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料，用作锂硫电池正极。但该发明仅仅是利用了MXene纳米片的表面积大的特点来固定被还原的硫颗粒。

综上可知，MXene作为一种具有特殊性能的新型，其在电池正极材料中的应用还有待进一步扩展，因此，有必要开发一种新的锂硫电池正极材料及其制备方法，以进一步提高锂硫电池正极材料存在的放电容量低、比容量小的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在于提供一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料及其制备方法，与现有技术相比，本发明制备的MXene/硫化锂/碳复合正极材料导电性高、比容量高、循环性能好、倍率性能好、制备工艺简单等优点。

本发明的目的之一是提供一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料。

本发明的目的之二是提供一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供上述MXene/硫化锂/碳复合正极材料及其制备方法的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料，所述正极材料由MXene材料、硫化锂、碳组成，其中，碳包覆在硫化锂的表面，碳/硫化锂附着在MXene材料的插层之间。