一种Ti制造技术

本发明专利技术提供一种Ti

A kind of Ti

The present invention provides a Ti

【技术实现步骤摘要】
一种Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料
本专利技术涉及纳米材料合成，特别涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。
技术介绍
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2.4V和2.1V），但其电化学反应机理比较复杂。锂硫电池具有比能量高（2600Wh/kg）、比容量高（1675mAh/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Li2Sn（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。专利
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种Ti3C2Tx/SBA-15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Ti3C2Tx和单质硫组成，分级碳材料在外层对单质硫和Ti3C2Tx进行包覆，其中Ti3C2Tx：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。本专利技术提供一种Ti3C2Tx/SBA-15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70mL1,2-二氯乙烷中，在60℃机械搅拌溶解，再加入Ti3AlC2陶瓷粉末和介孔分子筛粉末，搅拌形成悬浮液；（2）向悬浮液中加入2mmol无水氯化铝催化剂和40mL四氯化碳交联剂加入，搅拌交联反应10h，反应结束后，加入乙醇/水溶液，乙醇/稀盐酸溶液洗、水洗、真空干燥，得到前驱体；（3）将前驱体置于氮气氛围保护的马弗炉，900℃3h2°C/min高温碳化反应；（4）将碳化后的产物置于氢氟酸中进行刻蚀，腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理，然后将沉淀物烘干，得到Ti3C2Tx/球形多孔碳材料；（5）将Ti3C2Tx/球形多孔碳材料与单质硫混合均匀，放置于密封的管式炉内155-165℃反应12小时，再加热到200℃通入氮气反应30分钟，自然冷却后，得到Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料。步骤（1）中八苯基八硅倍半氧烷：1,2-二氯乙烷的比例为1g：50-100mL，搅拌反应温度为50-70℃，八苯基八硅倍半氧烷与Ti3AlC2陶瓷粉末的质量比为1：0.05-0.5，八苯基八硅倍半氧烷与介孔分子筛的质量比为1：0.05-0.5，介孔分子筛可以选用SBA-15、SBA-16中的一种;步骤（2）中催化剂为无水氯化铝，催化剂的质量为八苯基八硅倍半氧烷质量的5-10%，交联剂为四氯化碳，交联剂质量为八苯基八硅倍半氧烷质量10-40倍，搅拌反应时间为5-10小时，乙醇/水溶液中乙醇：水的体积比为2-4：1，乙醇/稀盐酸溶液中稀盐酸为质量分数为10%的盐酸溶液，乙醇与稀盐酸体积比2-4：1;步骤（3）中马弗炉中的反应气氛为氮气，反应温度800-1200℃，反应时间1-5小时，升温速度1-5°C/分钟；步骤（4）中氢氟酸的浓度为20%-50%，腐蚀的时间为4-24小时;步骤（5）中Ti3C2Tx/球形多孔碳材料与单质硫的质量比为0.1-0.3：1，管式炉内初期反应温度为155-165℃，反应时间为10-20小时，通入氮气后的反应温度为180-200℃，反应时间为10-30分钟。本专利技术具有如下有益效果：（1）Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料中具有分级的孔结构，由大量的微孔和介孔组成，内部的介孔被外部的微孔所包围，这种结构的优点是，硫能注入到内部的介孔结构中，而外部较小的微孔作为限制锂多硫化物的一个物理屏障可以提供有效的储硫空间；（2）该复合材料外层包覆的碳材料有效的限制硫基材料的运动，使其只在内部运动；（3）该复合材料中Ti3C2Tx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。附图说明图1是本专利技术复合材料的制备工艺流程图。图2是本专利技术复合材料的充放电性能图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明：实施例1（1）将1g八苯基八硅倍半氧烷加入到50mL1,2-二氯乙烷中，在50℃机械搅拌溶解，再加入0.05gTi3AlC2陶瓷粉末和0.05gSBA-15粉末，搅拌形成悬浮液；（2）向悬浮液中加入0.05g无水氯化铝催化剂和10g四氯化碳交联剂加入，搅拌交联反应5小时，反应结束后，加入乙醇/水溶液，乙醇/稀盐酸溶液洗、水洗、真空干燥，得到前驱体；（3）将前驱体置于氮气氛围保护的马弗炉，800℃煅烧5h，升温速度1°C/min；（4）将碳化后的产物置于浓度为20%氢氟酸中刻蚀24小时，腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理，然后将沉淀物烘干，得到Ti3C2Tx/球形多孔碳材料；（5）将0.1gTi3C2Tx/球形多孔碳材料与1g单质硫混合均匀，放置于密封的管式炉内165℃反应10小时，再加热到200℃通入氮气反应10分钟，自然冷却后，得到Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料。实施例2（1）将1g八苯基八硅倍半氧烷加入到100mL1,2-二氯乙烷中，在70℃机械搅拌溶解，再加入0.5gTi3AlC2陶瓷粉末和0.5gSBA-16粉末，搅拌形成悬浮液；（2）向悬浮液中加入0.1g无水氯化铝催化剂和40g四氯化碳交联剂加入，搅拌交联反应10小时，反应结束后，加入乙醇/水溶液，乙醇/稀盐酸溶液洗、水洗、真空干燥，得到前驱体；（3）将前驱体置于氮气氛围保护的马弗炉，1200℃煅烧1h，升温速度5°C/min；。（4）将碳化后的产物置于浓度为50%氢氟酸中刻蚀4小时，腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理，然后将沉淀物烘干，得到Ti3C2Tx/球形多孔碳材料；（5）将0.3gTi3C2Tx/球形多孔碳材料与1g单质硫混合均匀，放置于密封的管式炉内155℃反应20小时，再加热到180℃通入氮气反应30分钟，自然冷却后，得到Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料。实施例3（1）将1g八苯基八硅倍半氧烷加入到70mL1,2-二氯乙烷中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ti

【技术特征摘要】
1.一种Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料，其特征在于，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Ti3C2Tx和单质硫组成，分级碳材料在外层对单质硫和Ti3C2Tx进行包覆，其中Ti3C2Tx：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。2.一种制备如权利要求1所述的Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤（1）将八苯基八硅倍半氧烷加入到1,2-二氯乙烷中，在机械搅拌溶解，再加入Ti3AlC2陶瓷粉末和介孔分子筛粉末，搅拌形成悬浮液；步骤（2）向悬浮液中加入无水氯化铝催化剂和四氯化碳交联剂加入，搅拌交联反应，反应结束后，加入乙醇/水溶液，乙醇/稀盐酸溶液洗、水洗、真空干燥，得到前驱体；步骤（3）将前驱体置于氮气氛围保护的马弗炉，碳化反应；步骤（4）将碳化后的产物置于氢氟酸中进行刻蚀，腐蚀后溶液加入去离子水进行离心处理，然后将沉淀物烘干，得到Ti3C2Tx/球形多孔碳材料；（5）将Ti3C2Tx/球形多孔碳材料与单质硫混合均匀，放置于密封的管式炉内反应，再加热通入氮气反应，自然冷却后，得到Ti3C2Tx/SBA-15型分级硫碳复合材料。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟玲珑，
申请(专利权)人：深圳市佩成科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44