一种大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制备方法，该方法以TiO

【技术实现步骤摘要】
一种大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制备方法
本专利技术属于锂硫电池正极材料的制备
，具体涉及一种大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制备方法。
技术介绍
作为一种非化学计量比的钛氧化物，TiO具有高的电导率(5882S/cm)，富含高密度的氧空位，可为多硫化物提供足够的吸附位点，实现较强的吸附能力，改善锂硫电池中硫的导电性差和锂多硫化物穿梭问题。XiongwenLou等人采用模板法合氢气还原合成了TiO@C-HS复合材料，高导电性的TiO一方面可以提高电子转移速率，另一方面可较好吸附多硫化物，抑制“穿梭效应”，提高活性物质硫的利用率，进而提高锂硫电池的电化学性能。VibhaKalra等人采用静电纺丝的方法合成了由TiO相构成的纳米纤维，作为强的多硫化物吸附剂。陈忠伟等人将TiN纳米粒子负载在氮掺杂多孔碳的孔隙中，作为锂硫电池载体材料。通过物理吸附以及从氮掺杂/TiN中额外增加的化学吸附实现对多硫化物较强的吸附。因此，氮掺杂TiO是一种具有较大推广潜力的新型锂硫电池正极载体材料。通常将TiO2在还原性条件下进行高温热处理是制备TiO最常用的方法，常见的方法一般分为镁还原法、氢还原法、碳还原法、钛还原法。但以上还原方法条件苛刻，制备TiO较为困难，不容易得到单相纯净的一氧化钛。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提供了一种大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制备方法，一方面解决氮掺杂TiO纳米球比表面积小及形貌晶粒粗化的问题，另一方面在一定程度上降低反应温度、缩短反应时间，使得制备方法简单、安全。针对上述目的，本专利技术采用的技术方法由下述步骤组成：1、制备PDA@TiO2纳米球将直径为200～350nm的TiO2纳米球超声分散于pH为8.5～10的Tris碱-盐酸缓冲溶液中，再加入盐酸多巴胺，常温搅拌12～24小时，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，得到PDA@TiO2纳米球。2、制备氮掺杂TiO纳米球将PDA@TiO2纳米球放于高温管式炉中，在氨气环境中、以10～30℃/分钟的升温速率升温至700～800℃，保温20～40分钟，得到大比表面积氮掺杂TiO纳米球。上述步骤1中，所述盐酸多巴胺与TiO2纳米球的质量比为1:1.2～4。上述步骤2中，优选将PDA@TiO2纳米球放于高温管式炉中，在氨气环境中、以20℃/分钟升温至800℃，保温30分钟。上述步骤2中，所述氨气的流速为90～120mL/分钟，优选氨气的流速为110mL/分钟。本专利技术的有益效果如下：本专利技术以TiO2纳米球为前驱体，通过在其表面包覆PDA引入碳源，并进一步在氨气气氛中煅烧，利用碳热还原和氮化反应结合获得氮掺杂TiO纳米球。本专利技术通过精确调控煅烧气氛、温度和保温时间，实现了氮掺杂TiO纳米球的可控制备。该制备方法简单、安全，所得产物形貌均匀且比表面积较大。将其应用于锂硫电池正极载体，可实现对多硫化锂的有效吸附，提高电池的比容量和循环稳定性。附图说明图1是实施例1制备的PDA@TiO2纳米球的SEM图。图2是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的SEM图。图3是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的SEI图。图4是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的XPS图。图5是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的XRD图。图6是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的BET图。图7是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的TG图。图8是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的CV图。图9是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的0.2C循环图。图10是实施例1制备的氮掺杂TiO纳米球的不同电流密度的恒流充放电图。图11是对比例1制备的氮掺杂TiO纳米球的XRD图。图12是对比例2制备的氮掺杂TiO纳米球的SEM图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例11、制备PDA@TiO2纳米球将0.8g直径为200～300nm的TiO2纳米球超声分散于50mLpH为8.5的Tris碱-盐酸缓冲溶液中，再加入0.2g盐酸多巴胺，常温搅拌24小时，然后用去离子水和无水乙醇洗涤，60℃干燥24小时，得到PDA@TiO2纳米球。2、制备氮掺杂TiO纳米球将110mgPDA@TiO2纳米球放于高温管式炉中，在流速为110mL/分钟的氨气环境中，以20℃/分钟的升温速率升温至800℃，保温30分钟，得到具有大比表面积的氮掺杂TiO纳米球。采用扫描电镜对上述制备的PDA@TiO2纳米球、氮掺杂TiO纳米球(记为N-TiO)进行形貌表征，结果见图1～2。采用透射电子显微镜对上述氮掺杂TiO纳米球进行表征，结果见图3～4。采用X射线衍射仪和物理吸附仪对氮掺杂TiO纳米球进行物相和比表面积表征，结果见图5～6。由图1～3可见，氨气环境下退火还原得到的氮掺杂TiO纳米球保持了TiO2前驱体的规则形貌，粒径约为210nm。图4的XPS全谱图显示出现N1s峰，表明有N元素存在。图5的XRD表征物相为TiO，综合图1～5的结果说明得到了氮掺杂TiO纳米球。据图6中氮掺杂TiO纳米球的N2吸附脱附曲线，计算得到其比表面积为70m2/g。将上述的氮掺杂TiO纳米球载硫后进行TG表征，结果见7。将氮掺杂TiO纳米球作为正极材料组装锂硫电池，进行电化学性能测试，结果见图8～10。由图7可见，氮掺杂TiO纳米球的载硫量高达73％。由图8的CV曲线图分析可得，在2.02V和2.31V处的还原峰，分别对应于S8向高阶多硫化物的转化以及低阶多硫化物进一步向Li2S的转化。2.42V处的氧化峰对应于Li2S向S的转化。第一圈和第三圈曲线的重复性较好，说明氮掺杂TiO电化学可逆性好。由图9可见，在电流密度为0.2C下，初始放电容量为1118mAh/g，循环100圈后保持在810mAh/g，表明氮掺杂TiO有较好的容量保持率较好。由图10中不同电流密度下恒流充放电测试结果可见，氮掺杂TiO纳米球在2C的电流密度下仍有两个明显的放电平台，表明该电极材料具有优良的循环性能。对比例1在实施例1的步骤2中，将110mgPDA@TiO2纳米球放于高温管式炉中，在氨气环境中、20℃/分钟升温至800℃，保温15分钟，XRD结果如图11，未得到纯相氮掺杂TiO。对比例2将0.8g直径为200～350nmTiO2纳米球放于高温管式炉中，在流速为110mL/分钟的氨气环境中，以20℃/分钟的升温速率升温至800℃，保温30分钟。由图12可见，所得氮掺杂TiO纳米球晶粒粗化现象明显，形貌不规则。实施例21、制备PDA@TiO2纳米球将0.3g直径为200～300nm的TiO2纳米球超声分散于30mLpH为10的Tris碱-盐酸缓冲溶液中，再加入0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制备方法，其特征在于该方法由下述步骤组成：/n(1)制备PDA@TiO

【技术特征摘要】
1.一种大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制备方法，其特征在于该方法由下述步骤组成：
(1)制备PDA@TiO2纳米球
将直径为200～350nm的TiO2纳米球超声分散于pH为8.5～10的Tris碱-盐酸缓冲溶液中，再加入盐酸多巴胺，常温搅拌12～24小时，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，得到PDA@TiO2纳米球；
(2)制备氮掺杂TiO纳米球
将PDA@TiO2纳米球放于高温管式炉中，在氨气环境中、以10～30℃/分钟的升温速率升温至700～800℃，保温20～40分钟，得到大比表面积氮掺杂TiO纳米球。


2.根据权利要求1所述的大比表面积氮掺杂TiO锂硫电池正极载体的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙颉，李妙然，朱英，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61