[发明专利]基于Bi4

说明书

本申请涉及一种Bi₄Ti₃O₁₂@C/S复合材料的制备方法，先制备由碳包覆的片状一次粒子组成的花状钛酸铋球形粒子复合物，之后再得到Bi₄Ti₃O₁₂@C/S复合材料，该复合物具有高孔隙率和比表面。利用铁电相钛酸铋能够产生“自发极化”效应，对同是异极分子的多硫化锂有较强相互作用，可以有效抑制多硫化锂的穿梭效应，而且，钛酸铋自身极化可以产生一个微电场，且由于其自身较高的比表面积，能够对促进多硫化物的快速转化，加速锂硫电池在充放电过程中的氧化还原反应。此外，碳包覆在钛酸铋空心球上，形成一系列导电网络，解决了钛酸铋本身导电性差的问题。将其运用在锂硫电池正极，可以有效的提高其比容量，循环性和稳定性。

技术领域

本申请属于电池材料技术领域，尤其是涉及一种基于Bi₄Ti₃O₁₂@C/S复合材料的制备方法、复合材料及应用。

背景技术

近年来，随着动力电池和大型储能系统的快速发展，对能量密度提出了更高的要求，这激发了人们对高比能和经济性电池系统的广泛研究兴趣。其中，锂硫电池因其极高的理论比容量(1675mAh/g)，理论比能量(2600Wh/kg)得到了越来越多的研究，远远超过了传统锂离子电池。除此之外，硫作为锂电池的电极材料，还具有成本低、自然资源丰富的优点。尽管锂硫电池具有巨大的优势，但它的实际应用受到了严重的阻碍。首先，硫及其最终放电产物(Li₂S/Li₂S₂)的绝缘性质不利于阴极中的电子输运，导致极化增强，反应动力学慢，从而导致活性物质利用率低。在循环过程中，S₈和Li₂S反应之间有着较大的体积膨胀/收缩(70％)也直接导致阴极的严重粉碎和永久容量衰减。此外，中间多硫化物在电解质中溶解度高，来回穿梭，引起容量衰减快，库仑效率低。

针对以上问题，研究者们进行了大量改善锂硫电池性能的工作。其中，无机金属基极性材料被认为是一种极具有应用前景的锂硫电池正极材料，目前越来越多的极性材料被应用于锂电池，如金属硫化物、氮化物、磷化物、碳化物、有机金属骨架聚合物、富镍材料、层状双金属羟基化合物和钙钛矿材料。由于它们与中间多硫化物具有很强的化学键合能力，可以极大地提高锂电池的长循环稳定性。此外，这些极性物质通常与碳质材料复合。可以提供更多的空隙空间，并通过物理和化学固定有效地限制多硫化物，而且可以保证良好的电导率，以促进氧化还原反应动力学，从而大幅度改善硫正极的电化学性能。无机金属基极性材料由于其分布广泛，种类繁多以及制备工艺简单，已被广泛应用于吸附、分离、储氢、催化剂载体、超级电容器、水净化及污水处理等领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种循环性和稳定性强的Bi₄Ti₃O₁₂@C/S复合材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种Bi₁Ti₃O₁₂@C/S复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将碳分散在水中形成碳分散液；

S2：向步骤S1得到的碳分散液中加入矿化剂、硝酸铋和钛酸四丁酯，而后进行超声分散，于干燥箱中在160-220℃温度下加热18-24h；

S3：将S2反应后的物质进行抽滤以分离产物，并用去离子水洗涤，干燥后得到Bi₄Ti₃O₁₂@C复合材料；

S4：将步骤S3得到的Bi₄Ti₃O₁₂@C复合材料与硫粉按照质量比为1∶0.1-1 进行研磨混合，得到混合粉末；