[发明专利]一种Ti3C2Tx/MCM-41型分级硫碳复合材料

说明书

本发明提供一种Ti₃C₂T_x/MCM‑41型分级硫碳复合材料，该复合材料由球形分级结构的碳材料、分散在分级结构碳材料中的Ti₃C₂T_x和单质硫组成，分级碳材料在外层对单质硫和Ti₃C₂T_x进行包覆，其中Ti₃C₂T_x：碳：硫的质量比为0.1‑0.3：0.1‑0.3:1，分级碳材料由介孔碳材料和外层包覆的有机物碳化而成的微孔碳材料组成。该复合材料中Ti₃C₂T_x上的T为‑F基团或‑OH基团，与氧化石墨烯表面的氧均为强极性基团，能对充放电过程中形成的多硫化物形成强烈的化学吸附，同时多孔碳材料的微孔也能对多硫化物进行物理吸附，这种同时具有物理和化学吸附的能力能有效的阻止多硫化物运动，减少飞梭效应的发生，提高锂硫电池的寿命。

技术领域

本发明涉及纳米材料合成，特别涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫为正极的电池体系。锂硫电池的具有两个放电平台（约为2.4 V 和2.1 V），但其电化学反应机理比较复杂。锂硫电池具有比能量高（2600 Wh/kg）、比容量高（1675 mAh/g）、成本低等优点，被认为是很有发展前景的新一代电池。但是目前其存在着活性物质利用率低、循环寿命低和安全性差等问题，这严重制约着锂硫电池的发展。造成上述问题的主要原因有以下几个方面：（1）单质硫是电子和离子绝缘体，室温电导率低（5×10^-30S·cm^-1），由于没有离子态的硫存在，因而作为正极材料活化困难；（2）在电极反应过程中产生的高聚态多硫化锂 Li₂S_n（8＞n≥4）易溶于电解液中，在正负极之间形成浓度差，在浓度梯度的作用下迁移到负极，高聚态多硫化锂被金属锂还原成低聚态多硫化锂。随着以上反应的进行，低聚态多硫化锂在负极聚集，最终在两电极之间形成浓度差，又迁移到正极被氧化成高聚态多硫化锂。这种现象被称为飞梭效应，降低了硫活性物质的利用率。同时不溶性的Li₂S和 Li₂S₂沉积在锂负极表面，更进一步恶化了锂硫电池的性能；（3）反应最终产物Li₂S同样是电子绝缘体，会沉积在硫电极上，而锂离子在固态硫化锂中迁移速度慢，使电化学反应动力学速度变慢；（4）硫和最终产物Li₂S的密度不同，当硫被锂化后体积膨胀大约79%，易导致Li₂S的粉化，引起锂硫电池的安全问题。上述不足制约着锂硫电池的发展，这也是目前锂硫电池研究需要解决的重点问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种Ti₃C₂T_x/ MCM-41型分级硫碳复合材料，该复合材料由球形分级结构的碳材料、分散在分级结构碳材料中的Ti₃C₂T_x和单质硫组成，分级碳材料在外层对单质硫和Ti₃C₂T_x进行包覆，其中Ti₃C₂T_x：碳：硫的质量比为0.1-0.3：0.1-0.3:1，分级碳材料由介孔碳材料和外层包覆的有机物碳化而成的微孔碳材料组成。

本发明提供一种Ti₃C₂T_x/ MCM-41型分级硫碳复合材料的制备方法如下：

（1）将1.5mmol八苯基八硅倍半氧烷加入到70mL 1,2-二氯乙烷中，在60℃机械搅拌溶解，再加入Ti₃AlC₂陶瓷粉末和MCM-41粉末，搅拌形成悬浮液；