[發(fā)明專利]一種用于鋰硫電池的硫/多孔碳包覆碳納米管復(fù)合正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310428298.1
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103500820A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張治安;李強(qiáng);包維齋;周成坤;賴延清;張凱
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 魏娟

1.一種用于鋰硫電池的硫/多孔碳包覆碳納米管復(fù)合正極材料，其特征在于，由具有微納結(jié)構(gòu)的多孔碳包覆碳納米管復(fù)合碳材料與單質(zhì)硫復(fù)合而成；所述的多孔碳包覆碳納米管復(fù)合碳材料是將聚多巴胺包覆在碳納米管表面后經(jīng)500～1200℃高溫炭化，得到的由聚多巴胺構(gòu)筑的納米多孔碳結(jié)構(gòu)生長在碳納米管構(gòu)筑的碳骨架表面形成的碳-碳有機(jī)結(jié)合體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合正極材料，其特征在于，所述的聚多巴胺包覆在碳納米管表面是通過將碳納米管加入到含多巴胺的溶液中發(fā)生多巴胺的聚合反應(yīng)，在碳納米管表面生成聚多巴胺膜層來實(shí)現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合正極材料，其特征在于，所述的聚多巴胺膜層厚度為5nm～100nm，厚度通過聚合反應(yīng)時間控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合正極材料，其特征在于，所述的多孔碳包覆碳納米管復(fù)合碳材料的比表面積為200～2000m²/g。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合正極材料，其特征在于，所述的單質(zhì)硫分散負(fù)載在多孔碳包覆碳納米管復(fù)合碳材料內(nèi)部的孔道中及其表面的納米多孔碳結(jié)構(gòu)的孔結(jié)構(gòu)中；所述的納米多孔碳結(jié)構(gòu)具有以微孔為主的孔結(jié)構(gòu)，且孔結(jié)構(gòu)之間相互貫通；所述的微孔的孔徑≤2nm，其中，微孔占整個孔結(jié)構(gòu)的比例為50～80%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合正極材料，其特征在于，所述的碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管的一種或兩種；所述的碳納米管的直徑為10nm～200nm，長度為500nm～10μm。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，將碳納米管超聲分散到含多巴胺的溶液中，在攪拌的條件下，往溶液中緩慢滴入pH為8～10的堿性溶液進(jìn)行聚合反應(yīng)；反應(yīng)完成后，將所得的表面包覆有聚多巴胺的碳納米管產(chǎn)物置于爐中，在惰性氣氛下，以5～15℃/min的升溫速率，將溫度從室溫升至500～1200℃，保溫5～20h后；得到的多孔碳包覆碳納米管復(fù)合碳材料與單質(zhì)硫復(fù)合，即得。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的多巴胺溶液的濃度范圍為0.5～10mg/mL。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的堿性溶液為KOH、NaOH、氨水、K₂CO₃、Na₂CO₃、K₃PO₄、Na₃PO₄溶液中的一種或幾種。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的復(fù)合為球磨法、高溫?zé)崛廴凇⒁合嘣怀练e、液相滲透法中的一種。