[發明專利]一種中空Ti4

在審

• 申請號: 202110248922.4
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112768681A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 雷毅敏;武德凱;胡啟航;楊成哲
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

本發明公開了一種中空Ti₄O₇鋰硫電池正極材料，所述正極材料為負載硫的中空Ti₄O₇納米球，所述中空Ti₄O₇納米球的外徑為400～700nm、內徑為330～650nm、比表面積為160～190m²/g，所述硫的負載量為60％～80％；其是在中空TiO₂納米球表面包覆一層鹽酸多巴胺(PDA)，形成TiO₂@PDA納米球后，在惰性氣氛中850～1000℃退火獲得。本發明中空Ti₄O₇納米球的制備方法簡單、成本低且環境友好，其作為載體負載硫后用作鋰硫電池正極材料，具有優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池正極材料技術領域，具體涉及一種具有良好的循環穩定性和優異的倍率性能的Ti₄O₇納米球鋰硫電池正極材料。

背景技術

能源問題一直困擾著人類，人們對于能源的需求與日俱增。鋰硫電池作為高效、潔凈的新技術，已成為當今世界新能源領域的開發熱點。然而，鋰硫電池仍存在許多問題：(1)陰極的單質硫導電性非常差，不利于提高鋰硫電池的倍率性能；(2)充放電過程中生成的鋰多硫化物易溶于有機電解液中，降低了離子的導電性。同時穿梭效應使得鋰硫電池的容量衰減快，導致電池的循環穩定差；(3)充放電過程中硫容易發生體積膨脹，這種膨脹導致陰極材料形貌和結構的改變，致使硫與導電骨架脫離，從而引起電池容量的衰減。因此，開發新型的正極材料已成為提高鋰硫電池性能的關鍵。

作為一種非化學計量比的鈦氧化物，Ti₄O₇具有較高的電導率(1995S/m)，優異的化學和電化學穩定性，使其在燃料電池、鋰硫電池、光催化、電催化等領域有許多研究與應用。在不同的溫度下其表現出兩種電導率的突變方式，一種是溫度在130～140K的范圍內出現的半導體-半導體的躍遷，另一種是當溫度為150K時發生的半導體-金屬躍遷，因此在鋰硫電池領域引入高電導率的鈦氧化物具有潛在的應用價值。Mei等(Nature Communications,2016,7:13065.)以PS-P₂VP為模板，PDA為還原劑制備了相互交聯孔道狀Ti₄O₇@PDA納米顆粒，這就為其包封硫提供極性表面，而且還可實現化學吸附鋰多硫化物來抑制它們的溶解。因此，Ti₄O₇是一種具有較大推廣潛力的新型鋰硫電池正極材料。但以上還原方法條件苛刻，制備出的Ti₄O₇一般粒徑較大且形貌不均，比表面積較小，同時會出現嚴重的晶粒粗化現象，這些因素不利于提高硫在Ti₄O₇材料上的載量，進而不利于提高鋰硫電池的比容量、倍率性能、循環穩定性，這將嚴重的影響Ti₄O₇材料在鋰硫電池領域的應用。因此，開發一種具有大比表面積的中空Ti₄O₇鋰硫電池正極材料能夠拓展非化學計量鈦氧化物類材料的應用，具有重要的理論和實際意義。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有材料及技術的不足，提出一種具有良好的循環穩定性和優異的倍率性能的中空Ti₄O₇鋰硫電池正極材料，

為實現上述目的，本發明采用的中空Ti₄O₇鋰硫電池正極材料，為負載硫的中空Ti₄O₇納米球，所述中空Ti₄O₇納米球的外徑為400～700nm、內徑為330～650nm、比表面積為160～190m²/g，所述正極材料中硫的質量含量為60％～80％。

上述中空Ti₄O₇鋰硫電池正極材料由下述方法制備得到：