本发明专利技术提供一种聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料，该复合材料由硫、片状Ti3C2Tx和聚噻吩化合物组成，内层为硫和Ti3C2Tx复合材料，外层为包覆硫和Ti3C2Tx复合材料的聚噻吩化合物，其聚噻吩化合物：Ti3C2Tx：硫的质量比为0.05‑0.2:0.05‑0.2:1。复合材料中包覆层聚噻吩化合物能对硫基材料进行物理保护，限制充放电过程产生的多硫化物在聚噻吩化合物内部，从而降低穿梭效应；该复合材料从物理限域和化学吸附两个方面同时限制多硫化物的移动，有效的提高锂硫电池的寿命。
A polythiophene compound, /Ti
The present invention provides a polythiophene compound /Ti
【技术实现步骤摘要】
一种聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料
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。专利技术内容本专利技术要解决的技术问题是提供一种聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料，该复合材料材料由硫、片状Ti3C2Tx和外层包覆的聚噻吩化合物组成，导电性良好的聚噻吩化合物提供导电网络，同时聚噻吩化合物的包覆限制硫基材料自由移动，片状Ti3C2Tx钛能够吸附放电产物多硫化物的溶解，提高材料的电化学性能。本专利技术提供一种聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料，该复合材料由硫、片状Ti3C2Tx和聚噻吩化合物组成，内层为硫和Ti3C2Tx复合材料，外层为包覆硫和Ti3C2Tx复合材料的聚噻吩化合物，其聚噻吩化合物：Ti3C2Tx：硫的质量比为0.05-0.2:0.05-0.2:1，聚噻吩化合物可以是聚噻吩、聚3,4-二氧乙撑噻吩、聚3,4-二硫乙撑噻吩、聚3-(4-叔丁基苯)噻吩、聚3-(4-氟苯基)噻吩中的一种。本专利技术提供一种聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料的制备方法如下：（1）将Ti3AlC2陶瓷粉末放入氢氟酸中腐蚀，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，得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体；（2）将Ti3C2Tx粉体与单质硫按比例1:1均匀混合，放置于密封的反应釜中，在氮气的气氛中加热反应至155°C，恒温5-12h，反应完成后冷却至室温，得到Ti3C2Tx/硫复合材料；（3）将得到的Ti3C2Tx/硫复合材料加入水中搅拌，再加入聚噻吩化合物单体搅拌，然后加入引发剂过硫酸铵，搅拌、静置、过滤、真空烘干，获得聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料。步骤（1）中氢氟酸的浓度为20%-50%，腐蚀的时间为4-24小时;步骤（2）中Ti3C2Tx粉体与单质硫的质量比为0.05-0.2:1，加热反应温度为155-165℃，时间为5-12小时;步骤（3）中噻吩与单质硫的比例为0.05-0.2:1；聚噻吩化合物单体可以是噻吩、3,4-二氧乙撑噻吩、3,4-二硫乙撑噻吩、3-(4-叔丁基苯)噻吩、3-(4-氟苯基)噻吩中的一种，引发剂与噻吩的比例为1：0.01-0.1，引发剂选用偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵中的一种；本专利技术具有如下有益效果：聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料中的Ti3C2Tx上的T为-F基团或-OH基团，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，能有效的阻止多硫化物穿过隔膜到达负极；同时复合材料中包覆层聚噻吩化合物能对硫基材料进行物理保护，限制充放电过程产生的多硫化物在聚噻吩化合物内部，从而降低穿梭效应；该复合材料从物理限域和化学吸附两个方面同时限制多硫化物的移动，有效的提高锂硫电池的寿命。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图。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Ti3AlC2陶瓷粉末放入质量浓度为20％的氢氟酸中腐蚀24h，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，得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体；（2）将0.5gTi3C2Tx粉体与10g单质硫均匀混合，放置于密封的反应釜中，在氮气的气氛中加热反应至155°C，恒温12h，反应完成后冷却至室温，得到Ti3C2Tx/硫复合材料；（3）将得到的Ti3C2Tx/硫复合材料加入水中搅拌，再加入0.5g噻吩搅拌，然后加入0.05g引发剂偶氮二异丁腈，搅拌、静置、过滤、真空烘干，获得聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料。实施例2（1）将Ti3AlC2陶瓷粉末放入质量浓度为50％的氢氟酸中腐蚀4h，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，得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体；（2）将2gTi3C2Tx粉体与10g单质硫均匀混合，放置于密封的反应釜中，在氮气的气氛中加热反应至165°C，恒温5h，反应完成后冷却至室温，得到Ti3C2Tx/硫复合材料；（3）将得到的Ti3C2Tx/硫复合材料加入水中搅拌，再加入2g3,4-二氧乙撑噻吩搅拌，然后加入0.02g引发剂过氧化二苯甲酰，搅拌、静置、过滤、真空烘干，获得聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料。实施例3（1）将Ti3AlC2陶瓷粉末放入质量浓度为30％的氢氟酸中腐蚀20h，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，得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体；（2）将1gTi3C2Tx粉体与10g单质硫均匀混合，放置于密封的反应釜中，在氮气的气氛中加热反应至160°C，恒温10h，反应完成后冷却至室温，得到Ti3C2Tx/硫复合材料；（3）将得到的Ti3C2Tx/硫复合材料加入水中搅拌，再加入1g3,4-二硫乙撑噻吩搅拌，然后加入0.05g引发剂过硫酸铵，搅拌、静置、过滤、真空烘干，获得聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料。实施例4（1）将Ti3AlC2陶瓷粉末放入质量浓度为40％的氢氟酸中腐蚀15h，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，得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体；（2）将1.5gTi3C2Tx粉体与10g单质硫均匀混合，放置于密封的反应釜中，在氮气的气氛中加热反应至162°C，恒温8h，反应完成后冷却至室温，得到Ti3C2Tx/硫复合材料；（3）将得到的Ti3C2Tx/硫复合材料加入水中搅拌，再加入1.5g3-(4-叔丁基苯)噻吩搅拌，然后加入0.08g引发剂偶氮二异丁腈，搅拌、静置、过滤、真空烘干，获得聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料。实施例5（1）将Ti3AlC2陶瓷粉末放入质量浓度为35％的氢氟酸中腐蚀13h，腐蚀后溶液加入去离子水进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚噻吩化合物/Ti
【技术特征摘要】
1.一种聚噻吩化合物/Ti3C2Tx/硫复合材料，其特征在于，该复合材料由硫、片状Ti3C2Tx和聚噻吩化合物组成，内层为硫和Ti3C2Tx复合材料，外层为包覆硫和Ti3C2Tx复合材料的聚噻吩化合物，其聚噻吩化合物：Ti3C2Tx：硫的质量比为0.05-0.2:0.05-0.2:1。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，聚噻吩化合物采用聚噻吩、聚3,4-二氧乙撑噻吩、聚3,4-二硫乙撑噻吩、聚3-(4-叔丁基苯)噻吩、聚3-(4-氟苯基)噻吩中的一种。3.一种制备如权利要求1所述的复合材料的方法，其特征在于，包括如下几个步骤：步骤（1）：将Ti3AlC2陶瓷粉末放入氢氟酸中腐蚀，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，得到堆垛的层片状Ti3C2Tx粉体；步骤（2）：将Ti3C2Tx粉体与单质硫按比例均匀混合，放置于密封的反应釜中，在氮气的气氛中加热反应，恒温，反应完成后冷却至室温，得到...
【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
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