[发明专利]二氧化钛-碳纳米管-硫(TiO2-x

说明书

本发明涉及一种二氧化钛‑碳‑硫(TiO_2‑x‑C‑S)复合物及其制备方法，所述二氧化钛‑碳‑硫(TiO_2‑x‑C‑S)复合物包含：二氧化钛‑碳(TiO_2‑x‑C)复合物，通过将圆柱形碳材料和一部分氧被还原的二氧化钛(TiO_2‑x)混合以具有圆柱碳材料三维缠结并互连的结构来制备所述二氧化钛‑碳(TiO_2‑x‑C)复合物；和硫，所述硫被引入到所述二氧化钛‑碳(TiO₂‑C)复合物的外表面和内部中的至少一部分中。

技术领域

本申请要求于2017年9月28日提交的韩国专利申请10-2017-0126100号的优先权，其全部内容通过引用被并入本文中。

本发明涉及二氧化钛-碳纳米管-硫(TiO_2-x-CNT-S)复合物及其制备方法。

背景技术

近来，随着电子产品、电子设备、通信设备等的微型化和轻量化快速发展以及涉及到环境问题而对电动车辆的需求大幅增加，对用作用于这些产品的电源的二次电池的性能改善的需求也不断增长。其中，锂二次电池由于其高能量密度和高标准电极电位而作为高性能电池受到了极大关注。

特别地，锂硫(Li-S)电池是使用具有S-S键(硫-硫键)的硫类材料作为正极活性材料且使用锂金属作为负极活性材料的二次电池。锂硫电池的优点在于，作为正极活性材料的主要材料的硫资源非常丰富、无毒且原子量低。另外，锂硫电池的理论放电容量为1675mAh/g硫，并且其理论能量密度为2600Wh/kg。因为锂硫电池的能量密度远高于目前正在研究的其它电池系统的理论能量密度(Ni-MH电池：450Wh/kg，Li-FeS电池：480Wh/kg，Li-MnO₂电池：1000Wh/kg，Na-S电池：800Wh/kg)，所以锂硫电池是迄今开发的电池中最有前景的电池。

在锂硫电池的放电期间，在负极(阳极)中发生锂的氧化反应，并且在正极(阴极)中发生硫的还原反应。硫在放电之前具有环状S₈结构。在还原反应(放电)期间，随着S-S键的断裂，S的氧化数降低，并且在氧化反应(充电)期间，随着S-S键的再次形成，使用S的氧化数升高的氧化-还原反应来储存并产生电能。在这种反应期间，通过还原反应将硫从环状S₈结构转化成多硫化锂(Li₂S_x，x＝8、6、4、2)，最后，当多硫化锂被完全还原时，最终产生硫化锂(Li₂S)。通过还原成每种多硫化锂的过程，锂硫电池的放电行为的特征在于与锂离子电池不同的阶梯性的放电电压。

然而，在锂硫电池的情况下，应解决由于电导率低的问题而导致的容量随着低的库伦效率和充电/放电而快速降低、多硫化锂在充电和放电期间溶出以及硫的体积膨胀的问题。

在现有技术中，为了改善锂硫电池的寿命特性，已经进行了研究以防止在充电和放电期间产生的LiPS溶出，并且通常通过设计各种孔来对物理吸附进行研究并通过引入各种氧化物来对化学吸附进行研究。然而，为了引入各种氧化物，存在的限制在于，只能通过诸如ALD和水热法的复杂方法来制备电极材料。

另外，在现有技术中，因为从商业化的角度来看仍然在开发通过批量生产和简单工序来生产锂硫电池用碳材料，所以需要开发低成本的工序。

(专利文献1)中国专利未决公布106784819号，“一种锂硫电池正极材料及其制备方法”

发明内容

[技术问题]