[发明专利]一种钠硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钠硫电池正极材料及其制备方法，所述钠硫电池正极材料为一种硫‑二氧化钛‑碳复合材料，其制备方法包括：先制备金属有机骨架材料MIL‑125，将其与石墨烯喷雾干燥复合后进行碳化处理得到二氧化钛‑碳复合材料，随后利用球磨和热融法掺硫制备硫‑二氧化钛‑碳复合钠硫电池正极材料。采用上述方法制得的复合材料具有较大的比表面积和孔隙率，可以限制多硫化物的“穿梭效应”，减少中间产物的溶解能够提高硫单质的电化学活性，缩短电子与离子传输路径，限制多硫化物的溶解并提高吸附在载体表面活性材料的电化学反应速度。

技术领域

本发明涉及一种用于钠硫电池正极材料及其制备方法，具体涉及一种硫-二氧化钛-碳复合钠硫电池正极材料及其方法，属于材料化学领域。

背景技术

近年来，新能源发电技术发展迅速，产业规模、经济性和市场化进程逐年提高，然而风能和太阳能发电的不稳定性和不持续性，对大规模储能技术提出了新的要求。目前使用的各种储能技术中，钠硫电池以其优越的性能，逐渐引起各国研发人员的重视。钠硫电池具有很多其他电池难以比拟的独特之处:(1)比能量高:钠硫电池的理论比能量为760Wh/kg,实际比能量大于150Wh/kg，是铅酸电池的3-4倍;(2)可大电流、高功率放电，充放电电流密度高，可瞬间放出其3倍的固有能量;(3)充放电效率高:由于采用固体电解质，所以不会发生采用液体电解质二次电池的自放电及副反应，充放电电流效率几乎为100%。但是钠硫电池在实际应用过程中有着难以忽视的缺陷：首先是活性物质的利用，由于硫及其还原产物都是电子和离子绝缘体，因此在整个电化学反应过程中须始终与导电基体保持良好接触，这是特别难以实现的，其次因为聚合物（中间反应物质）易溶于电解质中，在扩散作用下能穿过隔膜到达负极与钠反应，所以不断充放电时在内部产生“穿梭现象”，在正极表面产生沉积导致活性物质损失，使得钠硫电池容量快速衰减、循环性能差。

发明内容

本发明针对现有钠硫电池正极材料存在的载硫量低，穿梭效应明显，循环稳定性差等问题，提供一种钠硫电池正极材料及其制备方法。具体的，所述钠硫电池正极材料为一种硫-二氧化钛-碳复合材料，该方法主要先制备金属有机骨架材料MIL-125，将其与石墨烯喷雾干燥复合后进行碳化处理得到二氧化钛-碳复合材料，随后利用球磨和热融法掺硫制备硫-二氧化钛-碳复合钠硫电池正极材料。

本发明采用的技术方案是：

一种硫-二氧化钛-碳复合钠硫电池正极材料，其通过将金属有机骨架材料MIL-125与石墨烯喷雾干燥复合，之后进行碳化处理得到二氧化钛-碳复合材料，随后利用球磨和热融法掺硫，制备得到硫-二氧化钛-碳复合材料。

一种制备钠硫电池正极材料的方法，包括以下步骤：

（1）制备金属有机骨架材料MIL-125：

量取适量N，N-二甲基甲酰胺、甲醇，混合均匀，将苯二甲酸溶于上述混合溶剂中，超声30～60分钟，再加入钛酸四丁酯，继续超声30～60分钟，随后将上述溶液置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120～150℃反应24～48h。反应完成后冷却至室温，离心分离收集产物，并用去离子水反复洗涤三次，真空干燥洗涤产物，即得金属有机骨架材料MIL-125。

（2）制备二氧化钛-碳复合材料：

取适量步骤（1）中制备的金属有机骨架材料MIL-125，置于石墨烯水溶液中，超声30～60分钟。将混合溶液通过喷雾干燥处理得到金属有机骨架材料MIL-125/石墨烯复合微球。将所述复合微球置于管式炉中，在氩气气氛下高温煅烧，冷却即得到二氧化钛-碳复合材料。

（3）制备硫-二氧化钛-碳复合钠硫电池正极材料：

将步骤（2）中制得的二氧化钛-碳复合材料和纯相纳米硫粉按照质量比为1：2～5放入球磨罐内，使用行星式球磨机混合处理3～5h，将球磨后得到的混合物放入氮气保护下的管式炉中，在100～200℃下热处理8～24h，得到硫-二氧化钛-碳复合钠硫电池正极材料。