[發明專利]硫-碳復合材料、其在鋰-硫電池中的應用以及制備所述復合材料的方法

在審

• 申請號: 201280077508.0
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN104904044A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 郭玉國;葉歡;辛森;趙娜紅;周龍捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 杜娟娟;張懿

1.硫-碳復合材料，所述復合材料包括包含微孔和中孔兩者的多孔碳基底以及硫，其中所述硫僅被包含在所述碳基底的所述微孔內，以及其中所述微孔具有0.4-2?nm的平均直徑，而所述中孔具有3-8?nm的平均直徑。

2.根據權利要求1所述的復合材料，其中所述多孔碳基底具有的比表面積為200-1800?m²/g，優選為500-1500?m²/g，以及具有的總孔體積為0.15-3.0?cm³/g。

3.根據權利要求1至2中的任一項所述的復合材料，其中與所述中孔相比，所述微孔促成所述多孔碳基底的更大百分比的總孔體積。

4.根據權利要求1至3中的任一項所述的復合材料，其中所述多孔碳基底由熱解微孔碳球制備得到，所述熱解微孔碳球具有50?nm-20?μm的直徑，優選為100?nm-2?μm。

5.根據權利要求1所述的復合材料，其中所述復合材料具有20-90?wt%的硫裝填量。

6.根據權利要求1所述的復合材料，其中所述硫具有鏈狀結構。

7.根據權利要求1所述的復合材料，其中具有鏈狀結構的所述硫的直徑小于所述中孔的直徑。

8.包含陽極、陰極和電解液介質的鋰-硫電池，其中所述陰極包含根據權利要求1-7項中任一項所述的復合材料。

9.根據權利要求8所述的鋰-硫電池，其中所述電解液介質選自具有溶解的鋰鹽的碳酸酯基電解液、具有溶解的鋰鹽的乙二醇二甲醚基電解液以及其組合。

10.用于制備根據權利要求1所述的復合材料的方法，所述方法包括：

a）制備前體微孔碳材料；

b）通過對所述前體微孔碳材料的活化來產生包含微孔和中孔兩者的所述多孔碳基底；以及

c）將硫裝填到所述多孔碳基底中。

11.根據權利要求10所述的方法，其中制備前體微孔碳材料包括：

進行碳水化合物的水熱反應，以獲得熱解微孔碳球作為所述前體微孔碳材料。

12.根據權利要求11所述的方法，其中所述碳水化合物的水溶液在密閉容器中在150oC-200oC反應2h-12h，以獲得熱解微孔碳球。

13.根據權利要求10所述的方法，其中對所述前體微孔碳材料的活化包括：

將所述前體微孔碳材料分散在氫氧化鉀(KOH)的水溶液中；

過濾在其微孔中具有完全吸附的KOH的所述微孔碳材料；以及

通過碳化將包含在所述過濾的微孔碳材料中的KOH移除，以獲得包含微孔和中孔的所述多孔碳基底。

14.根據權利要求13所述的方法，其中所述KOH水溶液的濃度是0.1-10?mol/L。

15.根據權利要求10所述的方法，其中所述硫的裝填包括：

產生硫和所述多孔碳基底的均勻混合物；以及

加熱在密閉容器中的所述混合物，以使硫分散到位于所述多孔碳基底內的所述微孔中。