[发明专利]硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及电化学储能技术领域，为了解决硫电极反应过程中硫和金属锂的可逆反应反应速度慢导致倍率充放电性能差的问题，公开了硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法，所述硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：按照0.1：（150‑300）：（4‑8）的重量比称取硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入量取的去离子水中。本发明制备的硫电极电化学反应双功能催化剂材料，可明显提高硫电极倍率特性；优化了双功能催化剂材料的制备过程和产率，降低了合成的单位成本；本发明有效解决了硫电极反应过程中硫和金属锂的可逆反应反应速度慢导致倍率充放电性能差的问题。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法。

背景技术

锂硫电池其低温性能较好，在寒冷北方依然能正常充放电，且锂硫电池的理论能量密度远高于现在传统的三元锂离子/石墨电池和和磷酸铁锂/石墨电池。

目前锂硫电池硫电极导电性差和负载低的技术难点已经被攻克，但循环性差技术难点依然是存在。循环性能差的主要内在机理为硫电极迟滞的氧化还原反应动力学使得放电终产物不能快速沉积，加重了中间高阶多硫化合物的溶解和穿梭。研究者通常将硫负载到碳材料中，利用多孔碳材料的物理吸附左右，吸附溶解的多硫化锂，但这并没有彻底消除循环性能差的弊端，制备的电池循环特性和倍率特性依然很差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照0.1：（150-300）：（4-8）的重量比称取硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入量取的去离子水中，然后加入量取的硫酸氧钛均匀混合，获得混合溶液A；

步骤2：按照0.1：（0.2-0.3）的重量比称取硫酸氧钛和工业铝粉，待混合溶液A中硫酸氧钛溶解后，加入量取的工业铝粉，获得混合溶液B，持续搅拌16h-28h后，将混合溶液B离心和乙醇水洗并干燥，获得固态白色物质C；

步骤3：将固态白色物质C放置于有氮气气氛的管式炉中，并在炉膛上风口放置和固态白色物质C同样重量的硫脲，在升温速度4-20℃/min，氮气流速为60-300ml/min的环境下，升温到300-600℃并保温0.5-3h，获得固态粉末D；

步骤4：用二硫化碳浸泡步骤3中获得的固态粉末D，然后用盐酸和极性溶剂洗涤粉末，干燥后即可获得硫电极电化学反应双功能催化剂。

优选的，所述步骤1中硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸的重量比为0.1：200：5。

优选的，所述步骤1中硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸的重量比为0.1：（180-300）：4。

优选的，所述步骤2中硫酸氧钛和工业铝粉的重量比为0.1：0.25；

混合溶液B的搅拌时长为18h。

优选的，所述所述步骤2中硫酸氧钛和工业铝粉的重量比为0.1：0.3；

混合溶液B的搅拌时长为16h-28h。

优选的，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度10℃/min，氮气流速为200ml/min的环境下，升温到400℃并保温1h，获得固态粉末D。

优选的，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度20℃/min，氮气流速为80ml/min的环境下，升温到600℃并保温0.5h，获得固态粉末D。