介孔TiO2纳米纤维作为新型锂硫电池高效硫基质

DOI：10.1186/s10033-019-0374-2

当前，锂硫电池受到几个关键限制，这些限制阻碍了它们的实际应用，例如电极的体积膨胀大，电导率差和硫利用率低。 在这项工作中，作者已经通过电纺丝和热处理合成了具有介孔结构的TiO₂纳米材料。作为锂离子电池正极的主体材料，所制备的新颖结构的样品可以增强阴极复合材料的电导率，促进硫的利用，并减轻体积膨胀，从而改善电化学性能。 TiO₂ / S复合阴极的初始放电容量为703 mAh/g，在0.1 C下200个循环后的容量保持在652 mAh/g，其容量保持率保持在92.7％，在高性能Li-S电池中具有广阔的应用前景。

图1 TiO₂ / S复合阴极的制造和循环示意图，下图为相应的SEM

图2 PVP/TiO₂复合纳米粒子的SEM图像：a较低的放大倍率，b较高的放大倍率，煅烧后TiO₂纳米纤维：c较低的放大倍率，d较高的放大倍率

图3 TiO₂ / S复合纳米纤维的SEM图像：a较低的放大倍率，b较高的放大倍率，TiO₂纳米纤维的c TEM图像，TiO₂ / S纳米纤维的d TEM图像，e（c）的HRTEM图像，f元素钛、氧和硫的相应EDS图谱

图4初生电纺TiO₂和TiO₂ / S纳米纤维的XRD图谱

图5 a TiO₂，TiO₂ / S复合材料的氮吸附-解吸等温线及相应的孔径（插图）分布，b TiO₂ / S复合材料在Ar气氛中从室温加热到600°C的热重图

图6 TiO₂ / S纳米复合结构的电化学性能。TiO₂/S阴极在a 0.2C、b 0.5C，1.5和3.0V之间的的恒电流充放电电压曲线 c在0.1C、0.2C和0.5C的电流密度下，TiO2/S阴极的循环性能 d TiO2/S复合电极在0.1、0.2、0.5-1C的各种电流密度下的倍率性能

图7 a TiO₂ / S阴极以0.1 C的速率在1.5和3.0 V之间循环200次的SEM和b-d元素映射结果，e介孔TiO₂纳米纤维结构上S₈和Li₂S相互转化的示意图