本发明专利技术涉及一种用于锂硫电池正极的HPCSs@d‑Ti3C2复合材料及其应用。该复合材料是由表面带负电的d‑Ti3C2溶液与改性后表面带正电的HPCSs通过自组装进行复合，制备出的HPCSs@d‑Ti3C2复合材料；并通过熔融浸渍固硫制备HPCSs@d‑Ti3C2/S电极材料。该正极材料具有多孔结构、比表面积高和良好的物理化学吸附性能等优点，不仅能提高载硫量，还能有效抑制多硫化物的穿梭效应，同时体系中的HPCSs，能提高硫载量以及动力学性能，使锂硫电池表现出良好的电化学性能。
HPCSs@d-Ti3C2 Composite for Positive Electrode of Lithium-Sulfur Batteries and Its Application
【技术实现步骤摘要】
一种用于锂硫电池正极的HPCSs@d-Ti3C2复合材料及其应用
本专利技术涉及一种用于锂硫电池正极的多孔碳球@MXene复合材料技术，属于纳米材料
技术介绍
锂离子电池已经接近其理论比容量，不能满足清洁能源的快速发展。做为下一代二次电池，锂硫电池的理论比容量和理论容量密度分别高达1675mAh/g和2,600Wh/Kg，是锂离子电池的5倍；同时，单质硫在自然界中储量丰富，价格低廉，这些优点使得锂硫电池受到了科研工作者的广泛关注。然而，锂硫电池在实用化过程中面临容量衰减快、循环稳定性差。主要原因包括单质硫和放电产物Li2S的电导率和离子电导率低，中间产物多硫化物的“穿梭效应”，以及充放电过程中的体积变化(高达80％)。MXene作为一种类石墨烯二维材料，具有优良的导电性和吸附性，能有效地抑制穿梭效应，提高锂硫电池的电化学性能。目前，MXene主要应用在锂硫电池正极材料，并通过元素掺杂和复合的方式，改善体系的性能。中空多孔碳球一方面能有效地避免MXene的堆垛，同时中空多孔结构能增大硫的载量并提供一定空间缓解体积膨胀，从而提高HPCSs@d-Ti3C2/S的电化学性能。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种用于锂硫电池正极的HPCSs@d-Ti3C2复合材料及其应用，并将制得的复合材料用于锂硫电池正极。该复合材料具有高比表面积，良好的导电性和吸附性能，有效抑制多硫化物的穿梭效应，同时体系中的HPCSs，能提高硫载量以及动力学性能，使锂硫电池表现出良好的电化学性能。技术方案：为达到上述目的，本专利技术的一种用于锂硫电池正极的HPCSs@d-Ti3C2复合材料是由表面带负电的d-Ti3C2溶液与改性后表面带正电的HPCSs通过自组装进行复合，制备出的HPCSs@d-Ti3C2复合材料。其中：所述的HPCSs@d-Ti3C2复合材料，HPCSs均匀的分布在d-Ti3C2纳米片上，形成HPCSs-d-Ti3C2-HPCSs的三明治结构。所述的HPCSs@d-Ti3C2复合材料，HPCSs的直径为100-150nm，壁厚10-20nm，d-Ti3C2层片间距为1-2nm。所述的HPCSs@d-Ti3C2复合材料，HPCSs的中空多孔结构能够增大复合材料的载硫空间，d-Ti3C2纳米片能够吸附多硫化物，提高稳定性，从而协同提高锂硫电池的电化学性能。本专利技术的用于锂硫电池正极的HPCSs@d-Ti3C2复合材料的应用，所述的HPCSs@d-Ti3C2复合材料用于锂硫电池正极，能有效地提高锂硫电池的电化学性能。有益效果：用上述方法制备出的HPCSs@d-Ti3C2/S正极材料具有高比表面积，良好的导电性和吸附性能，有效抑制多硫化物的穿梭效应，同时体系中的HPCSs，能提高硫载量以及动力学性能，使锂硫电池表现出良好的电化学性能。具体实施方式本专利技术中HPCSs@d-Ti3C2复合材料包括以下基本内容：用HPCSs的中空多孔结构能够提供载硫空间和缓解体积膨胀的作用，但是HPCSs作为一种非极性材料，只有较弱的物理吸附作用，对穿梭效应的抑制作用较弱。MXene作为一种极性材料，能有效的吸附多硫化物，增强锂硫电池的循环稳定性，但是MXene的比表面积较小，载硫空间较小，对缓解体积膨胀的作用不大。用PDDA改性HPCSs使其表面带正电，通过与表面带负电的d-Ti3C2溶液自组装得到HPCSs@d-Ti3C2三维复合材料，既能通过物理化学协同吸附多硫化物，一直穿梭效应，又能增大体系的载硫量并缓解体积膨胀，从而协同提高体系的电化学性能。实施例一制备HPCSs、d-Ti3C2质量比为1:6的复合材料：将140mL乙醇、20mLH2O和5mL氨水混合均匀，然后缓慢滴加6mL硅酸乙酯，搅拌均匀后加入0.8g间苯二酚，而后缓慢滴加1.5mL甲醇，常温下搅拌24h，离心干燥。将干燥好的样品在氩气气氛下升温至700℃，并在700℃下保温5h，随后自然冷却至室温。向热处理后的样品中加入适量HF，搅拌4h，制得HPCSs。量取20ml5wt％的PDDA，缓慢加入0.05g制得的HPCSs，搅拌2h，而后高速离心10min得到改性的HPCSs。在通风橱中先将100mLHCl倒入聚四氟乙烯瓶中，然后缓慢加入5gLiF，搅拌至完全溶解，然后再缓慢加入5gTi3AlC2，室温下水浴搅拌24h。将刻蚀完成的溶液离心清洗至中性，然后将沉淀物在80℃下真空干燥12h，得到Ti3C2。取1.0gTi3C2粉末，加入200mLH2O中，冰水浴超声后，离心取上清液，得到d-Ti3C2胶体。取0.025g改性的HPCS，分散在100mL1.5mg/mL的d-Ti3C2中，冰水浴超声搅拌4h，静置24h使体系完成自组装，而后冷冻干燥得到HPCSs@d-Ti3C2，其中HPCSs均匀的分布在d-Ti3C2片层的表面。用该复合材料制得的锂硫电池在1C的电流密度下循环1000圈后仍能保持稳定。实施例二制备HPCSs、d-Ti3C2质量比为1:10的复合材料：将140mL乙醇、20mLH2O和5mL氨水混合均匀，然后缓慢滴加6mL硅酸乙酯，搅拌均匀后加入0.8g间苯二酚，而后缓慢滴加1.5mL甲醇，常温下搅拌24h，离心干燥。将干燥好的样品在氩气气氛下升温至700℃，并在700℃下保温5h，随后自然冷却至室温。向热处理后的样品中加入适量HF，搅拌4h，制得HPCSs。量取20mL5wt％的PDDA，缓慢加入0.05g制得的HPCSs，搅拌2h，而后高速离心10min得到改性的HPCSs。在通风橱中先将100mLHCl倒入聚四氟乙烯瓶中，然后缓慢加入5gLiF，搅拌至完全溶解，然后再缓慢加入5gTi3AlC2，室温下水浴搅拌24h。将刻蚀完成的溶液离心清洗至中性，然后将沉淀物在80℃下真空干燥12h，得到Ti3C2。取1.0gTi3C2粉末，加入200mLH2O中，冰水浴超声后，离心取上清液，得到d-Ti3C2胶体。取0.015g改性的HPCS，分散在100ml1.5mg/mL的d-Ti3C2中，冰水浴超声搅拌4h，静置24h使体系完成自组装，而后冷冻干燥得到HPCSs@d-Ti3C2，其中HPCSs较为均匀的分布在d-Ti3C2片层的表面。用该复合材料制得的锂硫电池在1C的电流密度下循环1000圈。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于锂硫电池正极的HPCSs@d‑Ti3C2复合材料，其特征在于：该复合材料是由表面带负电的d‑Ti3C2溶液与改性后表面带正电的HPCSs通过自组装进行复合，制备出的HPCSs@d‑Ti3C2复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种用于锂硫电池正极的HPCSs@d-Ti3C2复合材料，其特征在于：该复合材料是由表面带负电的d-Ti3C2溶液与改性后表面带正电的HPCSs通过自组装进行复合，制备出的HPCSs@d-Ti3C2复合材料。2.根据权利要求1所述的用于锂硫电池正极的HPCSs@d-Ti3C2复合材料，其特征在于所述的HPCSs@d-Ti3C2复合材料，HPCSs均匀的分布在d-Ti3C2纳米片上，形成HPCSs-d-Ti3C2-HPCSs的三明治结构。3.根据权利要求2所述的用于锂硫电池正极的HPCSs@d-Ti3C2复合材料，其特征在于所述的HPCSs@d-Ti3C...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙正明，祁琪，张恒，张培根，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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