[发明专利]一种用于钾硫电池的鳞片状氮掺杂碳复合钼掺杂二氧化钛-硫电极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种用于钾硫电池的鳞片状氮掺杂碳复合钼掺杂二氧化钛‑硫电极的制备方法及其应用，通过简单高效的热分解方法制备独特的鳞片状碳，通过简单易得的溶胶凝胶法和一步水热法制备Mo@TiOsubgt;2/subgt;，通过调控N@C和Mo@TiOsubgt;2/subgt;的质量比，构建独特的鳞片状N@C/Mo@TiOsubgt;2/subgt;复合材料双重吸附多硫化物，受协同效应的影响，结合鳞片状氮掺杂碳和Mo@TiOsubgt;2/subgt;高效物理、化学吸附多硫化物，抑制穿梭效应的产生，并且工艺简单新颖，成本低，可快速制备，进一步提高电池的电化学性能以及为钾硫电池和其它储能设备的开发提供了有前景的策略。

技术领域

本发明涉及复合电极材料制备技术领域，具体涉及一种用于钾硫电池的鳞片状氮掺杂碳复合钼掺杂二氧化钛-硫电极的制备方法及其应用。

背景技术

能源与人类的生存与发展有着密切的联系，是世界经济发展中的关键问题。因此，寻找并开发环境友好型的新型可再生能源引起了人们的重视。锂离子电池不含诸多有害金属且拥有高的能量密度被广泛应用，然而锂资源稀缺且分布不均匀极大的增加了制备过程中的成本问题，并且严重阻碍了工业生产。目前，碱金属的兄弟之一钾元素受到学术界的广泛关注，同为第一主族元素，钾元素在地壳中资源丰富，分布均匀，低成本，在电解液中离子传导快且具有与锂相似的高电位。

钾硫电池通常是指以含硫物质为正极，金属钾为负极的电池，电解质通常是含有添加剂的醚类电解液以及有机凝胶电解质等。在充放电过程中金属钾和单质硫通过得失电子发生化学反应从而促使外电路形成电流实现能量的存储与释放。然而，在放电过程中产生中间产物多硫化钾易溶于电解液，在浓度梯度和电场梯度双重作用下多硫化钾穿过隔膜产生穿梭效应导致活性物质的流失和钾金属的腐蚀、钝化。使得负极钾的腐蚀严重，电池容量以及库伦效率下降，严重影响电池性能。因此，制备出一种高效吸附多硫化钾和高导电性的宿主材料成为重中之重。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于钾硫电池的鳞片状氮掺杂碳复合钼掺杂二氧化钛-硫电极的制备方法及其应用，受协同效应的影响，结合鳞片状氮掺杂碳和Mo@TiO2高效物理、化学吸附多硫化物，抑制穿梭效应的产生，并且工艺简单新颖，成本低，可快速制备，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于钾硫电池的鳞片状氮掺杂碳复合钼掺杂二氧化钛-硫电极的制备方法，包括如下步骤：

S1、称取适量的聚乙烯吡咯烷酮在高纯氮气氛围下高温炭化一段时间，随后以1℃～3℃/min做退火处理，研磨后进行灭菌处理，得到鳞片状氮掺杂碳材料；

S2、将无水乙醇滴加到钛酸四丁酯和浓盐酸的混合溶液中，持续搅拌一段时间后得到TiO₂前驱体溶液；

S3、将体积比为10:1～5:1的去离子水和浓盐酸均匀混合，随后加入按照TiO₂前驱体溶液中TiO₂的质量与四水合钼酸铵的质量比为10:1～1:1的比例称取的四水合钼酸铵粉末，持续搅拌1h～4h后得到钼酸铵溶液；

S4、将步骤S1得到的鳞片状氮掺杂碳材料和步骤S3得到的钼酸铵溶液加入到步骤S2得到的TiO₂前驱体溶液中，持续搅拌8h～20h，混合均匀后在100℃～200℃水热釜中水热反应8h～32h；

S5、将经过步骤S4得到的材料置于干燥箱中烘干，研磨后得到N@C/Mo@TiO₂复合粉末材料；

S6、向步骤S5合成的N@C/Mo@TiO₂复合粉末材料中加入硫粉，在120℃～180℃加热保温15h～30h，得到N@C/Mo@TiO₂/S复合正极材料。

优选的，所述步骤S1中的高温炭化温度为400℃～1000℃；高温炭化时间为2h～10h。