钠离子电池用FePS制造技术

本发明专利技术涉及一种钠离子电池用FePS

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料及其制备方法、钠离子电池
本专利技术涉及一种钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料及其制备方法、钠离子电池，属于钠离子电池

技术介绍
随着全球各个国家对新能源产业越来越重视，开发太阳能、风能和地热能等可再生和清洁能源也越来越多。开发这些清洁能源可以减少对化石能源储量的依赖，但是这些清洁能源在实际应用中往往都受到自然条件的限制，而储能器件能够提高各种能源利用的效率，弥补清洁能源受自然条件限制的缺陷，电池就是一种常用的储能器件。其中，锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、环境友好等优点，是一种性能优良、使用范围广泛的电池。但是，地球上金属锂资源储量匮乏，这限制了锂离子电池的大规模应用。钠离子电池作为锂离子电池的后继者，不会受到资源储量的限制，能够在很多领域替代锂离子电池。在钠离子电池的电极反应过程中，由于钠离子半径和摩尔质量较大使得钠离子电池的嵌入/脱出过程更加缓慢，这导致钠离子电池的比容量及循环寿命很难发挥出较高的水平，严重制约了钠离子电池的发展。而在钠离子电池中，负极材料对电池的容量和循环寿命起着重要作用，因此，开发高比容量、长循环寿命的负极材料，对于钠离子电池的性能提高具有十分重要的意义。二维纳米材料具有特殊的结构，能够为钠的嵌入和脱出提供更加便捷快速的通道，同时还具有良好的稳定性，如何开发出一种比容量高、循环寿命长二维纳米材料对钠离子电池具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的制备方法，该方法制得的复合负极材料比容量高、循环寿命长。本专利技术还提供一种上述制备方法制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料，具有较高的比容量和较长的循环寿命。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：1)在35-45℃下将Ti3AlC2与Ti3C2TxMXene蚀刻液混合均匀，进行第一次固液分离；将第一次固液分离得到的固体与水混合均匀，在惰性气氛中超声处理1-3h，然后进行第二次固液分离，得到的液体即为MXene溶液；2)将FePS3纳米片的水分散液与步骤1)制得的MXene溶液混合均匀，冷冻干燥，即得。本专利技术的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的制备方法先通过液相剥落方法制备分散有MXene纳米片的MXene溶液，然后与FePS3纳米片的水分散液混合均匀，MXene纳米片均匀分散在FePS3纳米片上，形成FePS3@MXene杂化物。这种独特的2D/2D结构可以促进电子/离子的快速转移，降低电极的体积膨胀。特别是用作钠离子电池的阳极时，能够显示出良好的循环稳定性和倍率性能，钠存储性能更加突出。另外，FePS3的相变也能进一步提升电池所需的电化学性能。由于放电电位的不同，生成的混合相可以作为彼此的缓冲物质，抑制由于体积膨胀而产生的电极粉末化或团聚。在整个充放电过程中，超细尺寸的活性物质都均匀分布在导电的MXene中，这保证了电荷的快速转移，进一步提高了复合材料的比容量。步骤1)中的Ti3C2TxMXene蚀刻液由盐酸与氟化锂混合均匀制得，氟化锂与盐酸中的HCl的比例为每克氟化锂对应0.1-0.15molHCl。优选为0.12-0.14molHCl。盐酸与氟化锂混合均匀是搅拌3-8min。盐酸的浓度为8-10mol/L。步骤1)中Ti3AlC2与Ti3C2TxMXene蚀刻液混合均匀是搅拌30-40h。步骤1)中Ti3AlC2与Ti3C2TxMXene蚀刻液中氟化锂的质量比为1:1-2。步骤1)中Ti3AlC2与Ti3C2TxMXene蚀刻液混合均匀后，将产物用水洗涤至洗涤液的pH不低于6再进行固液分离。步骤1)中惰性气氛是氩气气氛或氮气气氛。步骤1)中将第一次固液分离得到的固体与水混合均匀时水的量为每2gTi3AlC2对应加入220-280mL的水。步骤1)中第二次固液分离为离心分离，离心分离的转速为3200-3600rpm，离心分离的时间为1-2h。步骤2)中FePS3纳米片在水中的分散液由100-120mg的FePS3纳米片分散在100-150mL超纯水中，然后超声处理20-30min制得。步骤2)中每100mL的FePS3纳米片的水分散液对应3-6mL的MXene溶液。步骤2)中混合均匀是搅拌20-30h。步骤2)中的FePS3纳米片由包括如下步骤的方法制得：将FePS3晶体在真空条件下于700-800℃保温5-7d，然后在惰性气氛中于450-550℃保温1.5-2.5h，然后在水中分散，超声处理，冷冻干燥。所述超声处理是在冰浴条件下进行。一种如上所述的制备方法制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料。一种钠离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液，所述负极为上述的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料。本专利技术的有益效果：本专利技术的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料具有多孔的层状结构，能够为钠离子的迁移提供更多通道，进而提高了复合负极材料的比容量和循环性能。本专利技术的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料制得的钠离子电池在0.1A/g的电流密度下的充放电比容量可以达到约800mAh/g。附图说明图1为实施例1中采用的FePS3材料的SEM扫描图像；图2为实施例1中制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的SEM扫描图像；图3为实施例2中制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的TEM图像；图4为实施例1中制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料制得钠离子电池的充放电曲线；图5为实施例1中采用的FePS3材料、实施例1中制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料和实施例2中制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料制得的钠离子电池的充放电循环曲线；图6为实施例1中采用的FePS3材料、实施例1中制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料和实施例2中制得的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料制得的钠离子电池在不同倍率下的充放电性能曲线。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更容易理解，下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。下面实施例中的FePS3纳米片由包括如下步骤的方法制得：将Fe粉、P粉，S粉按照Fe:P:S＝1:1:3的比例混合后封装在安瓿瓶中，在真空条件下于750℃加热6d，经过低温固相反应后,三种单质反应生成FePS3晶体，然后将所得样品在氩气气氛中，加热至500℃并保温2h，除去其中剩余的硫和红磷，得到块状晶体。将100mg块状晶体分散在100mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池用FePS

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在35-45℃下将Ti3AlC2与Ti3C2TxMXene蚀刻液混合均匀，进行第一次固液分离；将第一次固液分离得到的固体与水混合均匀，在惰性气氛中超声处理1-3h，然后进行第二次固液分离，得到的液体即为MXene溶液；
2)将FePS3纳米片的水分散液与步骤1)制得的MXene溶液混合均匀，冷冻干燥，即得。


2.根据权利要求1所述的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中的Ti3C2TxMXene蚀刻液由盐酸与氟化锂混合均匀制得，氟化锂与盐酸中的HCl的比例为每克氟化锂对应0.1-0.15molHCl。


3.根据权利要求2所述的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中Ti3AlC2与Ti3C2TxMXene蚀刻液中氟化锂的质量比为1:1-2。


4.根据权利要求1所述的钠离子电池用FePS3@MXene纳米复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中将第一次固液分离得到的固体与水混合均匀时水的量为每2gTi3AlC2对应加入220-280mL的水。


5.根据权利要求1所述的钠离子电池用F...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林林，马艳晨，彭生杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32