本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料。
背景技術(shù)：
目前，在鋰硫電池體系中，以金屬鋰為負(fù)極，單質(zhì)硫?yàn)檎龢O，理論比能量可達(dá)到2600wh/kg，遠(yuǎn)大于現(xiàn)代商業(yè)化的鋰離子電池。此外單質(zhì)硫也具有價(jià)格低廉，環(huán)境友好的特性。因此，鋰硫電池具有極高的商業(yè)應(yīng)用潛力。但是鋰硫電池也存在著諸多的問題，其中最主要的是由于單質(zhì)硫不導(dǎo)電而導(dǎo)致的活性物質(zhì)利用率低和“穿梭效應(yīng)”導(dǎo)致的循環(huán)性差問題。產(chǎn)生“穿梭效應(yīng)”的主要原因是單質(zhì)硫在放電過程中產(chǎn)生大量的中間產(chǎn)物，即多硫化鋰，而多硫化鋰會溶解于電解液當(dāng)中，溶解后產(chǎn)生的多硫負(fù)離子會擴(kuò)散到負(fù)極金屬鋰的表面，與金屬鋰發(fā)生還原反應(yīng)，并返回正極，再發(fā)生氧化反應(yīng)，即“穿梭效應(yīng)”。該效應(yīng)不但降低鋰硫電池的庫倫效率，腐蝕金屬鋰負(fù)極，而且會在金屬鋰表面生成大量的絕緣性還原產(chǎn)物，導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增加。
針對以上問題，有研究者通過將單質(zhì)硫負(fù)載到高比表面積的介孔碳材料中，通過介孔碳材料的物理吸附作用提升了鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性(jixl,etal.naturematerials,2009,8,500-506)；也有研究者利用極性物質(zhì)對多硫化物的化學(xué)吸附作用抑制多硫化物向負(fù)極遷移，例如：在介孔碳中摻雜氮元素，提高碳材料的表面極性，從而提高鋰硫電池的循環(huán)性能(songjxetal.,adv.funct.mater.,2014,24,1243-1250)。盡管如此，但上述介孔碳材料的制備方法及摻雜方法復(fù)雜且對多硫化物的吸附性不強(qiáng)，仍離實(shí)用化性能相差較遠(yuǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料。
本發(fā)明的目的是提供一種具有復(fù)合方式簡單，操作方便，易于大規(guī)模生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能有效提高鋰硫電池的載硫量、鋰硫電池的庫倫效率，延長電池使用壽命等特點(diǎn)的含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料。
本發(fā)明使正極材料同時(shí)具有較高導(dǎo)電性能和較強(qiáng)的化學(xué)吸附性能，則可以提高硫的有效利用率并降低多硫化物的“穿梭效應(yīng)”，從而提升鋰硫電池的性能和循環(huán)壽命。
本專利提出用二硼化鈦?zhàn)鳛閱钨|(zhì)硫的載體，利用二硼化鈦的導(dǎo)電性和強(qiáng)化學(xué)吸附能力提升鋰硫電池正極材料的容量和循環(huán)穩(wěn)定性，促進(jìn)鋰硫電池的實(shí)用化。
本發(fā)明含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料所采取的技術(shù)方案是：
一種含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料，其特點(diǎn)是：含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料采用二硼化鈦?zhàn)鳛閱钨|(zhì)硫的載體，鋰硫電池正極材料含有二硼化鈦顆粒。
本發(fā)明含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料還可以采用如下技術(shù)方案：
所述的含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料，其特點(diǎn)是：二硼化鈦顆粒為球狀、納米管狀、片狀、核殼狀、介孔狀之一種或幾種的混合物。
所述的含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料，其特點(diǎn)是：二硼化鈦顆粒的尺寸為1納米至500微米。
所述的含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料，其特點(diǎn)是：二硼化鈦在正極材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％至50％。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯特點(diǎn)：
1、本發(fā)明由于在正極材料中添加了二硼化鈦顆粒，二硼化鈦顆粒在鋰硫電池體系中可以與多硫負(fù)離子產(chǎn)生較強(qiáng)的化學(xué)吸附作用，能夠有效阻止多硫負(fù)離子隨電解液遷移到鋰負(fù)極的作用，抑制“穿梭效應(yīng)”，有效提高了鋰硫電池的庫倫效率，延長了電池使用壽命；
2、本發(fā)明采用的二硼化鈦顆粒具有良好的導(dǎo)電特性，可以直接作為單質(zhì)硫的載體，不用添加或少添加導(dǎo)電碳材料，從而有效提高鋰硫電池的載硫量；
3、本發(fā)明中二硼化鈦與單質(zhì)硫的復(fù)合方式簡單，可以采用機(jī)械混合或加熱熔融法，操作簡單，易于大規(guī)模生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并詳細(xì)說明如下：
實(shí)施例1
一種含二硼化鈦的鋰硫電池正極材料，采用二硼化鈦?zhàn)鳛閱钨|(zhì)硫的載體，鋰硫電池正極材料含有二硼化鈦顆粒。
鋰硫電池正極為將單質(zhì)硫、二硼化鈦、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比42-80：1-50:0-10:8-10在水或有機(jī)溶劑中通過機(jī)械混合方式混合均勻，形成固含量為15-40％的漿料，涂覆在正極集流體上，在真空干燥箱中干燥2-16小時(shí)后壓制成正極片；或?qū)钨|(zhì)硫和二硼化鈦按照質(zhì)量比40-90:10-60混合均勻，在155℃下加熱熔硫6個(gè)小時(shí)，形成二硼化鈦硫復(fù)合材料，再將復(fù)合材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比80-92:0-10:8-10在水或有機(jī)溶劑中通過機(jī)械混合方式混合均勻，形成固含量為15-40％的漿料，涂覆在正極集流體上，在真空干燥箱中干燥2-16小時(shí)后壓制成正極片；正極材料中的單質(zhì)硫?yàn)樯A硫s8；正極材料中二硼化鈦顆粒為球狀、納米管狀、片狀、核殼狀和介孔狀之一種或幾種的混合物，顆粒的尺寸為1納米到500微米之間；正極材料中的粘結(jié)劑為有機(jī)溶劑型粘結(jié)劑或水基粘結(jié)劑；正極材料中的導(dǎo)電劑為sp、石墨烯或多壁碳納米管導(dǎo)電劑之一種或多種導(dǎo)電劑的混合物；正極集流體為鋁箔、鋁網(wǎng)、包覆碳的鋁箔、包覆碳的鋁網(wǎng)、鎳網(wǎng)、泡沫鎳、不銹鋼帶、不銹鋼網(wǎng)、包覆碳的不銹鋼帶或包覆碳的不銹鋼網(wǎng)之一種。
本實(shí)施例具體實(shí)施過程：
將顆粒尺寸為500納米的球形二硼化鈦與單質(zhì)硫按質(zhì)量比40:60混合均勻，在155℃下加熱熔硫6小時(shí)，再將熔硫復(fù)合材料與sp、la132按質(zhì)量比90:10:10球磨混合均勻，形成固含量為30％的漿料作為正極材料，涂覆在鋁箔正極集流體上，在真空干燥箱中干燥6小時(shí)后，壓制成正極極片；采用celgard2400隔膜為電池隔膜，金屬鋰薄片為負(fù)極，1mlitfsi的dol/dme(1:1)溶液為電解液，制備成cr2430型鋰硫扣式電池，制成電池后進(jìn)行測試，電池充放電截止電壓為1.8-2.8v(vs.li/li+)，充電和放電比容量基于單質(zhì)硫活性材料進(jìn)行計(jì)算，以0.1c電流密度做充放電循環(huán)測試，第一次放電比容量為1321mah/g，100次循環(huán)后比容量為967mah/g。
比較例1
將實(shí)例1中的二硼化鈦替換成科琴黑(kb)，其余材料、材料比例以及電池制作過程均與實(shí)施例1相同，同樣以0.1c電流密度做充放電循環(huán)測試，第一次放電比容量為1083mah/g，100次循環(huán)后比容量為433mah/g。
從實(shí)施例1和比較例1可以看出，使用含有二硼化鈦的鋰硫電池要比普通鋰硫電池的循環(huán)性能和比容量有明顯優(yōu)勢，表明二硼化鈦能夠有效抑制鋰硫電池的“穿梭效應(yīng)”，提高電池性能，延長電池使用壽命。
本實(shí)施例具有所述的復(fù)合方式簡單，操作方便，易于大規(guī)模生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能有效提高鋰硫電池的載硫量、鋰硫電池的庫倫效率，延長電池使用壽命等積極效果。