[发明专利]锂硫电池正极S@TiO2

说明书

本发明提供了一种用于锂硫电池正极的具有核壳结构的S@TiO₂/聚吡咯复合材料的制备方法，该方法具体包括：首先以间苯二酚‑甲醛树脂球作为牺牲模板，然后用钛酸丁酯作为原料在间苯二酚‑甲醛树脂球上均匀覆盖一层Ti(OH)₄，通过高温煅烧得到TiO₂中空球，热熔融法填充硫后得到S@TiO₂复合结构,利用化学氧化法制备聚吡咯纳米线，最后通过超声搅拌将S@TiO₂与聚吡咯纳米线复合均匀，形成S@TiO₂中空球外缠绕聚吡咯纳米线的复合结构。该结构可以有效抑制聚硫化物的扩散和充放电过程中的体积膨胀，高导电性的聚吡咯纳米线可以进行有效的电子传导，两者协同作用从而提高锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种用于锂硫电池正极的具有核壳结构的S@TiO₂/聚吡咯复合材料及其制备方法，属电池材料领域。

背景技术

随着能源和环境问题的日益突出以及电子电动设备的迅猛发展，传统的锂离子电池由于其较低的能量密度难以满足人们对大功率电池和高能量存储方面的要求。因此如何开发一种新型的比容量高、循环寿命长、安全性能高的储能元器件是目前亟待解决的问题。

以单质硫作为正极材料的锂硫电池具有较高的理论比容量（1675mAh/g）和理论比能量（2600Wh/kg），是现今钴酸锂、磷酸铁锂等锂离子电池的3-5倍。此外，单质硫还具有低毒性、储量大、价格低廉等优点。因此以单质硫为正极材料，金属锂作为负极材料的锂硫电池是一种非常有前景的新能源器件。具有极高的研究价值和应用前景。

但是锂硫电池目前也存在着诸多挑战：（1）硫单质的低导电性降低了活性物质的电化学利用率，严重影响电子在正极的传输；（2）硫正极在循环中体积形貌的变化影响正极结构的稳定性和电子传输，从而导致容量衰减；（3）多硫化锂在电解液中的形成、溶解和迁移会严重影响锂硫电池中活性物质的电化学利用率、倍率性能和循环寿命；（4）循环过程中锂负极表面产生锂枝晶会破坏隔膜从而导致安全问题。

将硫的表面包覆一层导电聚合物/极性金属氧化物的核壳结构被认为是解决硫单质的低导电性、硫正极在循环中体积膨胀等问题的有效途径。ZHOU Wencui等人用水热法制备的间苯二酚-甲醛树脂球是一种有着广泛应用前景的牺牲模板。(Controllablepreparation and application of carbon spheres based on resorcinol-formaldehyde resin. Journal of Zhejiang Sci-Tech University (NaturalSciences), Vol.39, No.2, Mar. 2018)将金属氧化物的前驱体均匀覆盖在间苯二酚-甲醛树脂球表面，通过煅烧即可得到具有中空结构的金属氧化物纳米球。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有核壳结构的S@TiO₂/聚吡咯复合材料的制备方法。该材料结构可以容纳硫在充放电过程中的体积变化，并且可以吸附多硫化物缓解穿梭效应，从而提高锂硫电池的循环稳定性。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种用于锂硫电池正极的具有核壳结构的S@TiO₂/聚吡咯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）以间苯二酚-甲醛树脂球为模板，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，分散到无水乙醇中混合均匀，将钛酸四丁酯缓慢加入到混合溶液中，并在室温下搅拌8-12小时，离心分离后将产物高温煅烧，得到TiO₂中空球。