[發明專利]一種Ti3C2Tx/MCM-41型分級硫碳復合材料

有效

• 申請號: 201710231191.6
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106848267B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 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;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/58;H01M10/052
• 代理公司: 深圳市漢唐知識產權代理有限公司 44399
• 代理人: 劉海軍

本發明提供一種Ti₃C₂T_x/MCM?41型分級硫碳復合材料，該復合材料由球形分級結構的碳材料、分散在分級結構碳材料中的Ti₃C₂T_x和單質硫組成，分級碳材料在外層對單質硫和Ti₃C₂T_x進行包覆，其中Ti₃C₂T_x：碳：硫的質量比為0.1?0.3：0.1?0.3:1，分級碳材料由介孔碳材料和外層包覆的有機物碳化而成的微孔碳材料組成。該復合材料中Ti₃C₂T_x上的T為?F基團或?OH基團，與氧化石墨烯表面的氧均為強極性基團，能對充放電過程中形成的多硫化物形成強烈的化學吸附，同時多孔碳材料的微孔也能對多硫化物進行物理吸附，這種同時具有物理和化學吸附的能力能有效的阻止多硫化物運動，減少飛梭效應的發生，提高鋰硫電池的壽命。

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Ti₃C₂T_x/ MCM-41型分級硫碳復合材料，該復合材料由球形分級結構的碳材料、分散在分級結構碳材料中的Ti₃C₂T_x和單質硫組成，分級碳材料在外層對單質硫和Ti₃C₂T_x進行包覆，其中Ti₃C₂T_x：碳：硫的質量比為0.1-0.3：0.1-0.3:1，分級碳材料由介孔碳材料和外層包覆的有機物碳化而成的微孔碳材料組成。

本發明提供一種Ti₃C₂T_x/ MCM-41型分級硫碳復合材料的制備方法如下：

（1）將1.5mmol八苯基八硅倍半氧烷加入到70mL 1,2-二氯乙烷中，在60℃機械攪拌溶解，再加入Ti₃AlC₂陶瓷粉末和MCM-41粉末，攪拌形成懸浮液；