[发明专利]一种中空Ti4

说明书

本发明公开了一种中空Ti₄O₇锂硫电池正极材料，所述正极材料为负载硫的中空Ti₄O₇纳米球，所述中空Ti₄O₇纳米球的外径为400～700nm、内径为330～650nm、比表面积为160～190m²/g，所述硫的负载量为60％～80％；其是在中空TiO₂纳米球表面包覆一层盐酸多巴胺(PDA)，形成TiO₂@PDA纳米球后，在惰性气氛中850～1000℃退火获得。本发明中空Ti₄O₇纳米球的制备方法简单、成本低且环境友好，其作为载体负载硫后用作锂硫电池正极材料，具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池正极材料技术领域，具体涉及一种具有良好的循环稳定性和优异的倍率性能的Ti₄O₇纳米球锂硫电池正极材料。

背景技术

能源问题一直困扰着人类，人们对于能源的需求与日俱增。锂硫电池作为高效、洁净的新技术，已成为当今世界新能源领域的开发热点。然而，锂硫电池仍存在许多问题：(1)阴极的单质硫导电性非常差，不利于提高锂硫电池的倍率性能；(2)充放电过程中生成的锂多硫化物易溶于有机电解液中，降低了离子的导电性。同时穿梭效应使得锂硫电池的容量衰减快，导致电池的循环稳定差；(3)充放电过程中硫容易发生体积膨胀，这种膨胀导致阴极材料形貌和结构的改变，致使硫与导电骨架脱离，从而引起电池容量的衰减。因此，开发新型的正极材料已成为提高锂硫电池性能的关键。

作为一种非化学计量比的钛氧化物，Ti₄O₇具有较高的电导率(1995S/m)，优异的化学和电化学稳定性，使其在燃料电池、锂硫电池、光催化、电催化等领域有许多研究与应用。在不同的温度下其表现出两种电导率的突变方式，一种是温度在130～140K的范围内出现的半导体-半导体的跃迁，另一种是当温度为150K时发生的半导体-金属跃迁，因此在锂硫电池领域引入高电导率的钛氧化物具有潜在的应用价值。Mei等(Nature Communications,2016,7:13065.)以PS-P₂VP为模板，PDA为还原剂制备了相互交联孔道状Ti₄O₇@PDA纳米颗粒，这就为其包封硫提供极性表面，而且还可实现化学吸附锂多硫化物来抑制它们的溶解。因此，Ti₄O₇是一种具有较大推广潜力的新型锂硫电池正极材料。但以上还原方法条件苛刻，制备出的Ti₄O₇一般粒径较大且形貌不均，比表面积较小，同时会出现严重的晶粒粗化现象，这些因素不利于提高硫在Ti₄O₇材料上的载量，进而不利于提高锂硫电池的比容量、倍率性能、循环稳定性，这将严重的影响Ti₄O₇材料在锂硫电池领域的应用。因此，开发一种具有大比表面积的中空Ti₄O₇锂硫电池正极材料能够拓展非化学计量钛氧化物类材料的应用，具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有材料及技术的不足，提出一种具有良好的循环稳定性和优异的倍率性能的中空Ti₄O₇锂硫电池正极材料，

为实现上述目的，本发明采用的中空Ti₄O₇锂硫电池正极材料，为负载硫的中空Ti₄O₇纳米球，所述中空Ti₄O₇纳米球的外径为400～700nm、内径为330～650nm、比表面积为160～190m²/g，所述正极材料中硫的质量含量为60％～80％。

上述中空Ti₄O₇锂硫电池正极材料由下述方法制备得到：