[发明专利]一种锂-硫电池正极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种锂-硫电池正极材料，其特征在于：该正极材料包括硫、多孔碳和包覆层；

包覆层为纳米级二氧化钛；

包覆层包覆在多孔碳的表面，硫填充在多孔碳的带有包覆层的孔中。

2.一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：

(1)对多孔碳进行酸化处理，得到酸化后的多孔碳；

(2)将步骤(1)得到的酸化后的多孔碳分散在非极性溶剂中，然后加入钛源，并进行密封，超声搅拌，超声搅拌结束后进行离心洗涤，离心洗涤结束后将得到的固体再次分散在非极性溶剂中，在90-240℃的温度下进行溶剂热反应2h-2d，溶剂热反应结束后进行离心洗涤，离心洗涤结束后将得到的固体进行干燥，干燥温度为60-100℃，得到无定型二氧化钛薄膜包覆的多孔碳；

(3)将步骤(2)得到的无定型二氧化钛薄膜包覆的多孔碳与单质硫进行混合，混合均匀后在惰性气体环境中进行密封，密封结束后进行加热，加热温度为110-500℃，加热时间为30min-12h，得到无定形态二氧化钛薄膜包覆的多孔碳负载单质硫。

3.根据权利要求2所述的一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，多孔碳为super P、科琴黑、CMK-3或CMK-8，多孔碳的比表面积为200m²/g-2000m²/g，孔径为1nm-100nm。

4.根据权利要求2所述的一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，酸化处理时使用的试剂为硝酸、硫酸、磷酸中的一种或两种以上的混合物，酸化处理过程为：将多孔碳与试剂进行混合，搅拌，混合温度为20-140℃，搅拌时间为10min-24h，搅拌结束后使用去离子水进行洗涤，然后进行干燥，干燥温度为60-100℃，多孔碳与试剂的比例关系为1g：5-100ml。

5.根据权利要求2所述的一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，非极性溶剂为环己烷、己烷或石油醚。

6.根据权利要求2所述的一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，钛源为钛酸四丁酯、钛酸四乙酯或钛酸异丙酯。

7.根据权利要求2所述的一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，多孔碳与钛源的比例为1g:(5-40ml)。

8.根据权利要求2所述的一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，无定型二氧化钛薄膜包覆的多孔碳与单质硫的质量比为1:(0.1-9)。

9.一种锂-硫电池正极材料的应用，其特征在于该方法的步骤包括：

(1)将制备得到的无定形态二氧化钛薄膜包覆的多孔碳负载单质硫与导电炭黑超声分散在甲基吡咯烷酮中，超声分散时间为10min-2h，得到浑浊液；

(2)将步骤(1)得到的浑浊液滴在圆片上，干燥，得到正极，干燥温度为40-80℃；

(3)使用金属锂作为负极，使用celgrad 2400作为隔膜，使用有机液作为电解液，得到锂二次电池。

10.根据权利要求9所述的一种锂-硫电池正极材料的应用，其特征在于：所述的步骤(1)中，无定形态二氧化钛薄膜包覆的多孔碳负载单质硫与导电炭黑的质量比为1：(0.1-0.5)；

所述的步骤(2)中，圆片的材料为碳纤维纸、碳毡、碳纳米管纸或碳气凝胶纸；

所述的步骤(3)中，有机液为1.0M的LiTFSI溶解在DME和DOL体积比为1:1的有机溶液中，再添加硝酸锂，硝酸锂的质量为LiTFSI质量的2％。