介孔TiO2納米纖維作為新型鋰硫電池高效硫基質

DOI：10.1186/s10033-019-0374-2

當前，鋰硫電池受到幾個關鍵限制，這些限制阻礙了它們的實際應用，例如電極的體積膨脹大，電導率差和硫利用率低。 在這項工作中，作者已經通過電紡絲和熱處理合成了具有介孔結構的TiO₂納米材料。作為鋰離子電池正極的主體材料，所制備的新穎結構的樣品可以增強陰極復合材料的電導率，促進硫的利用，并減輕體積膨脹，從而改善電化學性能。 TiO₂ / S復合陰極的初始放電容量為703 mAh/g，在0.1 C下200個循環后的容量保持在652 mAh/g，其容量保持率保持在92.7％，在高性能Li-S電池中具有廣闊的應用前景。

圖1 TiO₂ / S復合陰極的制造和循環示意圖，下圖為相應的SEM

圖2 PVP/TiO₂復合納米粒子的SEM圖像：a較低的放大倍率，b較高的放大倍率，煅燒后TiO₂納米纖維：c較低的放大倍率，d較高的放大倍率

圖3 TiO₂ / S復合納米纖維的SEM圖像：a較低的放大倍率，b較高的放大倍率，TiO₂納米纖維的c TEM圖像，TiO₂ / S納米纖維的d TEM圖像，e（c）的HRTEM圖像，f元素鈦、氧和硫的相應EDS圖譜

圖4初生電紡TiO₂和TiO₂ / S納米纖維的XRD圖譜

圖5 a TiO₂，TiO₂ / S復合材料的氮吸附-解吸等溫線及相應的孔徑（插圖）分布，b TiO₂ / S復合材料在Ar氣氛中從室溫加熱到600°C的熱重圖

圖6 TiO₂ / S納米復合結構的電化學性能。TiO₂/S陰極在a 0.2C、b 0.5C，1.5和3.0V之間的的恒電流充放電電壓曲線 c在0.1C、0.2C和0.5C的電流密度下，TiO2/S陰極的循環性能 d TiO2/S復合電極在0.1、0.2、0.5-1C的各種電流密度下的倍率性能

圖7 a TiO₂ / S陰極以0.1 C的速率在1.5和3.0 V之間循環200次的SEM和b-d元素映射結果，e介孔TiO₂納米纖維結構上S₈和Li₂S相互轉化的示意圖