[发明专利]基于石墨烯覆盖TiO2

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯覆盖TiO₂纳米管阵列担载骨架的高能量锂硫电池。以石墨烯覆盖的二氧化钛纳米管阵列作为锂硫电池的硫正极担载骨架。本发明采用石墨烯覆盖二氧化钛纳米管阵列作为硫正极担载骨架，在二氧化钛纳米管阵列与石墨烯协同作用下材料出良好的倍率性能以及优异的循环稳定性，且其成本低、性能优异，材料结构稳定。

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯覆盖TiO₂纳米管阵列担载骨架的高能量锂硫电池。

背景技术

社会的快速发展必然伴随着人们对能源的需要。新能源成为当下研究的热点，目前商业化最普遍的锂离子电池必将不能满足于人们对高能量电池的需求，因此必将引发新一代能源的改革。在高能量密度电池领域中锂硫电池一直备受人们关注，因为锂硫（Li-S）电池具有超高的理论比容量(1675 mA h g−1)和能量密度(2600 W h kg−1)，且单质硫天然丰度高、成本低、无毒，是目前最有前途的下一代高能量密度存储设备之一，这也是新能源电动汽车迫切需要的动力储能器件。但是锂硫电池的实际能量密度和循环寿命远低于商业化要求，严重限制了锂硫电池的实际应用。其性能受制的主要原因在于两点，一是中间多硫化物在充放电过程中形成的溶解产物及其产生的“隧穿效应”导致其库仑效率低、循环性能差。另外在充放电过程中，硫和硫化锂的相互转化过程中体积变化较大(≈80%)，导致电极结构崩溃，且硫导电性差，容量迅速衰减。因此想要锂硫电池商业化就必须克服这两个关键性技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯覆盖TiO₂纳米管阵列担载骨架的高能量锂硫电池，采用石墨烯覆盖二氧化钛纳米管阵列作为硫正极担载骨架，在二氧化钛纳米管阵列与石墨烯协同作用下材料出良好的倍率性能以及优异的循环稳定性，且其成本低、性能优异，材料结构稳定。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于石墨烯覆盖TiO₂纳米管阵列担载骨架的高能量锂硫电池，以石墨烯覆盖的二氧化钛纳米管阵列作为锂硫电池的硫正极担载骨架。

在本发明一实施例中，所述石墨烯覆盖的二氧化钛纳米管阵列的制备方法如下：

步骤S1、TiO₂纳米管阵列的制备：首先，将钛片（99.99%，0.1mm）用砂纸打磨并裁剪成1.2*1.2 cm大小后分别置于丙酮、乙醇、去离子水中分别超声30分钟后烘干备用；其次，按质量比分别称取0.25%氟化铵、0.75%的去离子水以及99%的乙二醇在室温下搅拌溶解配制电解液；最后，将已处理过的钛片作为阳极，箔网作为负极，在30℃恒温条件下60V恒压电解1小时，制备出TiO₂纳米管阵列前驱体；

步骤S2、石墨烯覆盖的二氧化钛纳米管阵列的制备：首先，配制0.5-1mg/ml的氧化石墨烯溶液作为电解液，然后以制备的二氧化钛阵列前驱体作为阳极，箔网作为阴极在30℃下以30V恒压电解8-15分钟制得前体，最后在氩气氛围下以400-450℃煅烧3小时制得表面沉积还原石墨烯的二氧化钛纳米管阵列。

在本发明一实施例中，石墨烯覆盖的二氧化钛纳米管阵列的制备完成后，将硫粉洒在阵列薄膜的上，在经150度下保持12小时以达到硫扩散进入纳米管。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用石墨烯覆盖二氧化钛纳米管阵列作为硫正极担载骨架，在二氧化钛纳米管阵列与石墨烯协同作用下材料出良好的倍率性能以及优异的循环稳定性，且其成本低、性能优异，材料结构稳定。

附图说明

图1为本发明TiO₂–S和TiO₂-RGO-S的XRD图。

图2为本发明TiO₂-RGO-S的EDX点扫分析图。