三元層狀化合物Ti2SC的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、三元層狀化合物Ti2SC作為MAX相材料中的一員，兼有金屬和陶瓷的雙重屬性。因此，Ti2SC具有廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)理論計(jì)算，二維納米MAX相材料比塊體材料擁有更優(yōu)異的性能。本論文采用自蔓延高溫合成法合成了Ti2SC材料，以該Ti2SC粉末為原料，通過(guò)放電等離子燒結(jié)(SPS)，得到了Ti2SC塊體材料。考察了燒結(jié)溫度，保溫時(shí)間等工藝條件對(duì)Ti2SC力學(xué)性能和微觀形貌的影響。同時(shí)，在粉末Ti2SC的基礎(chǔ)上制備Ti2SC納米片，并對(duì)其進(jìn)行石墨

2、烯改性，探索了納米級(jí)Ti2SC以及經(jīng)石墨烯改性的Ti2SC作為負(fù)極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。
　　將Ti/S/C/Al為2∶1∶1∶0.1的摩爾比混合粉料經(jīng)高溫自蔓延成功制備了純度較高的Ti2SC，通過(guò)K-值法估算出Ti2SC的純度達(dá)92.44％。自蔓延高溫合成反應(yīng)過(guò)程中存在液相可顯著促進(jìn)反應(yīng)的快速進(jìn)行，適量的Al助劑能在反應(yīng)體系中盡早地形成液相，加速Ti的擴(kuò)散，促進(jìn)中間相的形成，進(jìn)而促進(jìn)Ti2SC的大量合成。以制得的Ti2SC為

3、原材料，經(jīng)400r/min的轉(zhuǎn)速高能球磨4h，用乙醇作為溶劑，超聲處理240min，成功制備Ti2SC納米片，納米片層直徑約為100-300nm。
　　自蔓延高溫合成的Ti2SC粉末為原料，采用SPS工藝，真空狀態(tài)，40MPa的壓力及1250℃的燒結(jié)溫度下保溫5min，制備得到了高純致密的Ti2SC塊體材料，此材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能。其密度為4.57 g/cm3，致密度達(dá)到98.28％，維氏硬度為8.61 GPa，斷裂韌性達(dá)到5.

4、81 MPa·m1/2。其斷面形貌為層片狀和板條狀晶粒混合結(jié)構(gòu)，具有自增韌的效果。
　　納米Ti2SC材料作為一種新材料用于鋰離子負(fù)極材料的制備表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性能，循環(huán)性能和倍率性能。在100 mA/g，200mA/g，400mA/g，1000mA/g，1600mA/g和電流密度下的穩(wěn)定容量分別達(dá)到了175mAh/g，170mAh/g，133mAh/g，113mAh/g，90mAh/g,由于其較大的比表面積和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，性能顯著