[發明專利]片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料及制備和應用

在審

• 申請號: 201711222653.4
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN109841805A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 陳劍;邵欽君
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/052
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

1.一種片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料，其特征在于所述二氧化錳包覆的碳硫復合材料，碳含量為10％～30％，二氧化錳含量為10％～30％，硫含量為40％～80％，其中二氧化錳為片狀結構，緊密包裹在中空碳硫復合材料外表面；硫主要分布在中空碳球空腔及碳層介孔中；

所述中空碳材料，空腔內徑在50～500nm，碳層厚度在10～50nm，碳材料中微孔為2nm以下，介孔為2～50nm，比表面積為100～1000m²g^-1，孔體積為0.1～2cm³g^-1。

2.根據權利要求1所述的一種片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)酚醛樹脂包覆二氧化硅過程：以正硅酸四乙酯為硅源，在水乙醇堿的混合溶劑中催化水解，并先后加入間苯二酚和甲醛溶液；轉入反應釜置于烘箱水熱反應，產物經離心、洗滌、干燥后得到核殼結構的酚醛樹脂包覆的二氧化硅納米球；

(2)碳化過程：將步驟(1)中制得的酚醛樹脂包覆的二氧化硅納米球置于管式爐中，在氬氣或者氮氣氣氛下高溫熱解碳化，得到碳包覆的二氧化硅核殼結構的納米球；

(3)刻蝕過程：將步驟(2)中制得的碳包覆的二氧化硅材料用濃氫氧化鈉刻蝕，然后取出離心、洗滌、干燥得到空心碳球；

(4)碳硫復合過程：取步驟(3)中制得的中空碳與升華硫，按照質量比1:2～6進行研磨，轉移到密封瓶中，氬氣或氮氣氣氛下熱處理載硫，得到中空碳硫復合材料；

(5)二氧化錳包覆過程：取步驟(4)中制得的中空碳硫材料，超聲分散到水相中，加入高錳酸鉀溶液，加熱或者超聲條件下反應，然后離心、洗滌、干燥得到所述的二氧化錳包覆的碳硫復合材料。

3.按照權利要求2所述的片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中混合溶劑中氨水：水：乙醇為1:2～5:10～40，其中氨水的質量分數為20％～30％；正硅酸四乙酯：間苯二酚：甲醛摩爾比為1～6:1:2。

4.按照權利要求2所述的片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中先將正硅酸四乙酯加入混合溶劑中劇烈攪拌5～60分鐘，接著加入間苯二酚5～20分鐘，再加入甲醛溶液，繼續攪拌12～36小時，反應溫度為20℃～40℃。

5.按照權利要求2所述的片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中保護氣氛為高純氮氣或氬氣，氣流流速為50～200ml/min，碳化溫度為600℃～900℃，碳化時間為1～10小時，升溫速率為1～10℃/分鐘。

6.按照權利要求2所述的片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中氫氧化鈉的濃度為1～3mol/L。

7.按照權利要求2所述的片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中保護氣氛為高純氬氣或者高純氮氣，氣流流速為20～100ml/min，熱處理溫度為140℃～160℃，處理時間為12～24小時。

8.按照權利要求2所述的片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述高錳酸鉀溶液濃度為0.01～0.1mol/L，碳硫材料：高錳酸鉀：水質量比為1:0.5～2:500～1500；加熱溫度為50℃～90℃，或者超聲條件下，功率為20～50KHz，反應時間為0.5～12h。

9.根據權利要求1所述的片狀二氧化錳包覆的中空碳硫正極復合材料的應用，其特征在于：所述二氧化錳包覆的中空碳硫復合材料作為正極材料應用于鋰硫電池中。