[发明专利]一种用于锂硫电池电极的生物碳负载二氧化钛及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂硫电池电极的生物碳负载二氧化钛及其制备方法，其制备方法具体步骤包括：(1)、将蒲公英进行碳化得到碳化产物，即生物碳；(2)、调控生物碳与表面活性剂的配比关系，配置表面活性剂溶液；(3)、在表面活性剂溶液中制备二氧化钛，使二氧化钛充分吸附在生物碳的表面；(4)在高温环境中使二氧化钛在生物碳表面生长，得到TiO₂/C结构；(5)、取硫粉与TiO₂/C结构混合，使硫吸附于TiO₂/C结构上。本发明的制备方法生产成本低，易于工业化生产，制备的用于锂硫电池电极的生物质碳负载二氧化钛对硫的吸附能力强，用于锂硫电池时多硫化锂不易溶解在电解质中，电化学性能优异，能够提高锂硫电池的容量。

技术领域

本发明涉及新型电池技术领域，具体涉及一种用于锂硫电池电极的生物碳负载二氧化钛及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为二次电池被广泛应用于日常生活中，但随着科学技术的进步，目前能量密度(200～300Wh/kg)较低的主流锂离子电池，已经无法满足人们的需求。为此，研究学者在不断地把锂电池的能量密度推向更高的水平，就现在的锂离子电池体系，其电池的能量密度很大程度上取决于正极材料的比容量，但从现有的正极材料的理论比容量来看，很难显著提高锂离子电池体系的能量密度。

与市场上主流的锂离子电池正极材料相比，硫电极有一个高的理论比容量，可以达到1675mAh/g，而且金属锂作为电池负极也具有极高的理论容量(3861mAh/g)，同时，锂硫电池的工作是基于电化学两电子反应体系，其理论比能量高达约2600Wh/kg，可以达到目前主流电池产品容量的5倍以上。另外，硫元素具有众多的优势，如储量丰富、容易获取，能够降低电池的制作成本且具有环境友好等特点。因此锂硫电池逐渐成为当前电池新开发的热点。

生物碳可以作为硫的碳基底而被广泛应用于锂硫电池中，因其属于环境友好型材料，符合当今社会的可持续发展的理念，而且它还具有天然的孔道结构，具有得到的生物碳材料载硫率高的优点，但是其对硫的吸附的牢固性不强，多次充放电后，多硫化锂容易溶解在电解质中，因而以生物质碳为基础，开发新型硫的载体仍然是一个潜有力的挑战。

二氧化钛(TiO₂)由于具有较低的获取成本、资源丰富、环境友好、化学性质极其稳定以及具有特别的能带结构与本征缺陷，可以展示出优异的导电性能等优点而被应用于锂离子电池负极材料中，研究学者对其进行了广泛研究。二氧化钛是一种偏酸性的两性氧化物，常温下几乎不与其他物质发生反应，在锂硫电池中，不同二氧化钛的晶型结构对硫会展示出不同的吸附能力。

因此充分研究二氧化钛的晶体结构以及采取有效的合成工艺进行控制其结构，可以达到有效提升复合粉体的实际载硫量的目的，进而改善电化学性能，提升电池实际容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对硫的吸附能力强、电化学性能优异的用于锂硫电池电极的生物质碳负载二氧化钛，以及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种用于锂硫电池电极的生物碳负载二氧化钛的制备方法，具体步骤包括：

步骤(1)、取蒲公英2g进行碳化处理，得到生物碳骨架前驱体，记为样品A；

步骤(2)、配置表面活性剂溶液：按样品A与表面活性剂十六胺的质量比为1：(1～5)取表面活性剂十六胺，将表面活性剂十六胺倒入盛有10mL无水乙醇的容器，并搅拌至表面活性剂十六胺完全溶解，将得到的溶液记为溶液B；

步骤(3)、按步骤(2)中的无水乙醇与异丙醇钛的体积比为20:(1～1.5)，取异丙醇钛并逐滴加入溶液B中使异丙醇钛水解，再按异丙醇钛与氨水的体积比为2:1，取氨水逐滴加入该溶液中，将得到的溶液记为溶液C；