[发明专利]一种二氧化钛/石墨烯多元改性Mxene复合材料及其制备方法

说明书

一种二氧化钛/石墨烯多元改性Mxene复合材料，由以下方法制成：（1）将Mxene前驱体加入HF酸溶液中，加热搅拌，刻蚀；（2）将刻蚀后的材料进行离心，洗涤，超声，干燥，得Mxene材料；（3）将Mxene材料加入水中，超声分散，再加入表面电荷改性剂，搅拌；（4）将纳米级二氧化钛、氧化石墨烯分别加入水中，超声分散，分别得二氧化钛、氧化石墨烯分散液；（5）将二氧化钛、氧化石墨烯分散液依次加入到Mxene分散液中，搅拌，抽滤，干燥；（6）在惰性气氛中，进行热处理。纳米级二氧化钛部分穿插在Mxene层间改善Mxene纵向导电性，部分吸附在Mxene材料表面提高其表面导电性；石墨烯包覆在Mxene表面提高Mxene表面导电性；所组装的锂离子电池比容量高，倍率性能、循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种锂离子电池负极材料二氧化钛/石墨烯多元改性Mxene复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有高能量密度、高功率密度、环境友好、使用寿命长和安全性能优越等优点，已成为理想的能量存储装置。

自石墨烯二维材料问世之后，二维材料便成为科学研究的热门。二维材料具有特殊的层状结构，在力学、光学、电化学、。信息学上展示了优异的性能。目前，二维材料已经在催化剂、储能器件、传感器及生物材料等领域得到深入研究。

石墨烯是二维材料的典型代表。除此之外，近年来一种新型的二维材料Mxene的发现为二维材料家族添加了新的成员。在众多的二维材料中，Mxene由于具有原料廉价、电子导电性优异、结构稳定、循环稳定性好，并且不含贵金属，是一种理想的超级电容器和锂离子电池负极材料。但是，由于本征Mxene材料表面和纵向导电性差，一定程度上限制了其在储能领域的应用。

CN107633954A公开了一种石墨烯/Mxene复合电极材料及其应用，虽然所得石墨烯/Mxene复合材料有效的提高了Mxene材料导电性，但所得石墨烯/Mxene复合材料对Mxene材料纵向导电性没有进行改性提高。

CN107170587A公开了一种硫掺杂Mxene材料及其制备方法与应用，虽然通过硫原子对Mxene材料掺杂改性，有效提高了其导电性及电化学性能，但其放电比容量相对偏低。

CN104496461公开了一种基于Ti₂CMxene的电池电极材料的制备方法，虽然通过插层剥离后，Mxene材料层间距扩大。但是，该制备方法所得Mxene材料层间距相对来说依然较小，无法在其内部嵌入其他材料用以改善Mxene材料纵向导电性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种比容量高、倍率性能、循环稳定性好，适宜于工业化生产的二氧化钛/石墨烯多元改性Mxene复合材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种二氧化钛/石墨烯多元改性Mxene复合材料，由以下方法制成：

（1）将Mxene前驱体加入HF酸溶液中，加热搅拌，刻蚀，去除Al层；

（2）将步骤（1）刻蚀后的Mxene前驱体进行离心，洗涤，超声分散，干燥，得Mxene材料；

（3）将步骤（2）所得Mxene材料加入水中，超声分散，再加入表面电荷改性剂，搅拌，得表面带正电荷的Mxene分散液；

（4）分别将纳米级二氧化钛、氧化石墨烯加入水中，超声分散，分别得到二氧化钛分散液、氧化石墨烯分散液；

（5）依次将二氧化钛分散液、氧化石墨烯分散液加入到步骤（3）所得表面带正电荷的Mxene分散液中，搅拌，抽滤，干燥，得黑色粉末；

（6）将步骤（5）所得黑色粉末置于惰性气氛中，进行热处理，即得二氧化钛/石墨烯多元改性Mxene复合材料。