[發明專利]一種聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫復合材料

在審

• 申請號: 201710230129.5
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106920944A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 鐘玲瓏
• 申請（專利權）人: 深圳市佩成科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及納米材料合成，特別涉及一種鋰硫電池正極材料的制備方法。

背景技術

鋰硫電池是以金屬鋰為負極，單質硫為正極的電池體系。鋰硫電池的具有兩個放電平臺（約為2.4 V 和2.1 V），但其電化學反應機理比較復雜。鋰硫電池具有比能量高（2600 Wh/kg）、比容量高（1675 mAh/g）、成本低等優點，被認為是很有發展前景的新一代電池。但是目前其存在著活性物質利用率低、循環壽命低和安全性差等問題，這嚴重制約著鋰硫電池的發展。造成上述問題的主要原因有以下幾個方面：（1）單質硫是電子和離子絕緣體，室溫電導率低（5×10^-30S·cm^-1），由于沒有離子態的硫存在，因而作為正極材料活化困難；（2）在電極反應過程中產生的高聚態多硫化鋰 Li₂S_n（8＞n≥4）易溶于電解液中，在正負極之間形成濃度差，在濃度梯度的作用下遷移到負極，高聚態多硫化鋰被金屬鋰還原成低聚態多硫化鋰。隨著以上反應的進行，低聚態多硫化鋰在負極聚集，最終在兩電極之間形成濃度差，又遷移到正極被氧化成高聚態多硫化鋰。這種現象被稱為飛梭效應，降低了硫活性物質的利用率。同時不溶性的Li₂S和 Li₂S₂沉積在鋰負極表面，更進一步惡化了鋰硫電池的性能；（3）反應最終產物Li₂S同樣是電子絕緣體，會沉積在硫電極上，而鋰離子在固態硫化鋰中遷移速度慢，使電化學反應動力學速度變慢；（4）硫和最終產物Li₂S的密度不同，當硫被鋰化后體積膨脹大約79%，易導致Li₂S的粉化，引起鋰硫電池的安全問題。上述不足制約著鋰硫電池的發展，這也是目前鋰硫電池研究需要解決的重點問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種聚噻吩化合物/Ti₃C₂T_x/硫復合材料，該復合材料材料由硫、片狀Ti₃C₂T_x和外層包覆的聚噻吩化合物組成，導電性良好的聚噻吩化合物提供導電網絡，同時聚噻吩化合物的包覆限制硫基材料自由移動，片狀Ti₃C₂T_x鈦能夠吸附放電產物多硫化物的溶解，提高材料的電化學性能。

本發明提供一種聚噻吩化合物/Ti₃C₂T_x/硫復合材料，該復合材料由硫、片狀Ti₃C₂T_x和聚噻吩化合物組成，內層為硫和Ti₃C₂T_x復合材料，外層為包覆硫和Ti₃C₂T_x復合材料的聚噻吩化合物，其聚噻吩化合物：Ti₃C₂T_x：硫的質量比為0.05-0.2:0.05-0.2:1，聚噻吩化合物可以是聚噻吩、聚3,4-二氧乙撐噻吩、聚3,4-二硫乙撐噻吩、聚3-(4-叔丁基苯)噻吩、聚3-(4-氟苯基)噻吩中的一種。

本發明提供一種聚噻吩化合物/Ti₃C₂T_x/硫復合材料的制備方法如下：

（1）將 Ti₃AlC₂陶瓷粉末放入氫氟酸中腐蝕，腐蝕后溶液加入去離子水進行離心處理，然后將沉淀物烘干，得到堆垛的層片狀Ti₃C₂T_x粉體；

（2）將Ti₃C₂T_x粉體與單質硫按比例 1:1 均勻混合，放置于密封的反應釜中，在氮氣的氣氛中加熱反應至 155° C，恒溫 5-12h，反應完成后冷卻至室溫，得到Ti₃C₂T_x/硫復合材料；