[发明专利]一种壳核结构多孔碳-TiO2

说明书

本发明涉及锂硫电池技术领域，且公开了一种壳核结构多孔碳‑TiO₂锂硫电池正极材料，包括以下配方原料及组分：S负载TiO₂复合材料、聚苯乙烯树脂、纳米SiO₂、催化剂。该一种壳核结构多孔碳‑TiO₂锂硫电池正极材料，中空结构的纳米多孔TiO₂的空腔和孔隙结构中为升华硫通过丰富的生长位点，对锂多硫化物具有很强的吸附性能，升华硫进入到TiO₂的空腔和孔隙结构中，抑制了锂多硫化物溢出而被电解液溶解的现象，三维结构的聚苯乙烯分子聚合物通过高温炭化和氢氟酸刻蚀，形成三维网络结构多孔碳材料，具有丰富的介孔和孔隙结构，将S负载TiO₂完全包覆住形成壳核结构，三维网络结构可以很好地抑制硫正极材料的体积和收缩的膨胀现象。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体为一种壳核结构多孔碳-TiO₂锂硫电池正极材料及其制法。

背景技术

锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，利硫作为正极材料的理论比容量和电池理论比能量较高，并且单质硫的储量丰富，具有价格低廉、环境友好等优点，是一种非常具有发展潜力的锂电池。

锂硫电池在充放电循环过程中会产生锂多硫化物，锂多硫化物会溶解在电解液中，导致正极材料活性硫物质的不可逆损失和容量衰减，并且在充放电循环过程中随着锂离子的脱出和嵌入，硫正极材料会发生产生体积膨胀和收缩的现象，在不断地充放电过程中，正极材料会分解甚至结构坍塌，降低了正极材料的电化学循环稳定性和实际比容量。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种壳核结构多孔碳-TiO₂锂硫电池正极材料及其制法，锂多硫化物容易从正极材料中溢出，溶解在电解液中，同时解决了硫正极材料会发生产生体积膨胀和收缩问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种壳核结构多孔碳-TiO₂锂硫电池正极材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：40-57份S负载TiO₂复合材料、18-26份聚苯乙烯树脂、13-18份纳米SiO₂、12-16份催化剂。

优选的，所述引发剂为催化剂AlCl₃。

优选的，所述纳米SiO₂的平均粒径为10-20nm。

优选的，所述S负载TiO₂复合材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂和钛酸四丁酯，搅拌均匀后加入丙酮溶剂，与乙二醇的体积比为3-5:1，并置于恒温水浴锅中，加热至35-55℃，匀速搅拌反应0.5-1h，将溶液静置陈化10-15h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并置于体积比为1:1.2-1.8蒸馏水和乙醇混合溶剂中，超声分散均匀后加入NaOH，调节溶液pH至8-10，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于反应釜加热箱中，加热至150-180℃，反应20-30h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米中空TiO₂。

(2)向球磨机中加入多孔纳米中空TiO₂和升华硫，均匀研磨成细粉置于聚四氟乙烯反应釜，并置于反应釜加热箱中，加热至150-160℃，热处理8-12 h，再升温至180-190℃，热处理2-3h，将物料冷却至室温并研磨均匀，制备得到S负载TiO₂复合材料。