[发明专利]一步法制备二氧化钛和石墨烯双层共包覆的核壳结构锂硫电池正极材料的方法

说明书

一步法制备二氧化钛和石墨烯双层共包覆的核壳结构锂硫电池正极材料的方法，涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。本发明是为了解决目前锂硫电池正极材料中石墨烯包覆硫材料复杂的制备方法和限制多硫化物的穿梭效应有限的技术问题。本发明：一、制备氧化石墨烯膏；二、混合球磨、冷冻还原、真空干燥。本发明通过在电极材料中添加二氧化钛，能够通过二氧化钛与多硫化物的化学键有效限制多硫化物的扩散溶解，而一般的水热法和化学气相沉积等方法不利于材料的工业化生产，而本发明使用亲水的纳米二氧化钛，通过球磨简单工艺制备材料，为工业化生产提高可能。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池正极硫拥有1675mAh/g的理论比容量和2567Wh/kg的理论能量密度，因而被广泛研究，作为最有可能的下一代储能电池之一，硫单质拥有成本低、原料丰富、环境友好等优点，尽管拥有这些优异的特点，但是因为硫电极的循环性能差，和较低的比功率，阻碍了锂硫电池的发展，硫的电子电导率室温下只有5×10^-30S/cm，这降低了活性物质的利用率，在充放电时体积膨胀80％导致电极结构不稳定，另一个就是多硫化物的穿梭效应，导致了容量的快速衰减和较低的库伦效率。

因此研究人员设计电极材料，使用不同的碳材料、导电聚合物、金属氧化物来包覆活性物质，其中碳材料以石墨烯研究更广泛，因为其良好的电子电导率和机械性能、较大的比表面积，最近的研究表明石墨烯包覆硫具有良好的电化学性能，但是复杂的制备方法和限制多硫化物的穿梭效应有限，限制了其实际应用。

发明内容

本发明是为了解决目前锂硫电池正极材料中石墨烯包覆硫材料复杂的制备方法和限制多硫化物的穿梭效应有限的技术问题，而提供一种一步法制备二氧化钛和石墨烯双层共包覆的核壳结构锂硫电池正极材料的方法。

本发明的一步法制备二氧化钛和石墨烯双层共包覆的核壳结构锂硫电池正极材料的方法是按以下步骤进行的：

一、制备氧化石墨烯膏：向氧化石墨烯水溶液中加入KOH，在温度为95℃的水浴中加热2h，冷却至室温，在转速为10000转/分的条件下离心10min，收集全部膏状物，再将全部膏状物放入蒸馏水中超声分散3h～4h，得到氧化石墨烯膏；所述的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度是1mg/mL；所述的氧化石墨烯水溶液中的氧化石墨烯与KOH的质量比为1:8；所述的氧化石墨烯膏中氧化石墨烯的浓度是2.5mg/mL～20mg/mL；

二、将纳米硫、纳米二氧化钛和步骤一中得到的氧化石墨烯膏混合球磨7h，在温度为-18℃～-20℃的条件下冷冻3h，得到冰块状混合物，将HI水溶液倒入冰块状混合物中使得冰块状混合物完全浸没到HI水溶液中，在温度为5℃的条件下浸泡12h，然后在室温下浸泡6h～24h，依次用乙醇和去离子水抽滤洗涤，取滤饼，然后在真空干燥箱中滤饼在温度为60℃和真空的条件下干燥24h，即得到二氧化钛和石墨烯双层共包覆的核壳结构锂硫电池正极材料；所述的纳米二氧化钛和纳米硫的质量比为1:(2～5)；步骤一中所述的氧化石墨烯水溶液中的氧化石墨烯和步骤二中所述纳米硫的质量比为1:(7～9)；所述的HI水溶液中HI的浓度为1mol/L～5mol/L。

本发明通过在电极材料中添加二氧化钛，能够通过二氧化钛与多硫化物的化学键有效限制多硫化物的扩散溶解，而一般的水热法和化学气相沉积等方法不利于材料的工业化生产，而本发明使用亲水的纳米二氧化钛，通过球磨简单工艺制备材料，为工业化生产提高可能。