[發(fā)明專利]氮摻雜碳材料、鋰硫電池正極材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810426907.2
• 申請(qǐng)日: 2018-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN108565467A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳大華;潘立升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66;H01M10/052
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 邢少真

本發(fā)明公開了一種氮摻雜碳材料、鋰硫電池正極材料及其制備方法，屬于電池材料領(lǐng)域。該氮摻雜碳材料通過(guò)以下方法制備得到：將摩爾比為2:1～3:1的甲醛和間苯二酚混合，再加入含氮有機(jī)化合物，油浴反應(yīng)得到有機(jī)濕凝膠；含氮有機(jī)化合物與間苯二酚的摩爾比為1：150～1：100；將有機(jī)濕凝膠干燥，得到有機(jī)凝膠；將有機(jī)凝膠高溫碳化，得到顆粒狀的氮摻雜碳材料。將該氮摻雜碳材料作為鋰硫電池中正極材料的基體使用，能夠有效地吸附多硫化物，減少溶解于電解液和沉積于鋰負(fù)極的多硫化物；在鋰硫電池電循環(huán)充放電過(guò)程中，氮摻雜碳材料可增強(qiáng)正極的導(dǎo)電性能，減少硫化物的生成量，可明顯改善鋰硫電池的循環(huán)充放電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池材料領(lǐng)域，特別涉及一種氮摻雜碳材料、鋰硫電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)化石能源的需求日益增加，面對(duì)化石能源資源枯竭問(wèn)題，需要尋求新的可替代能源。同時(shí)，隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，以及降低碳排放的呼聲日益高漲，動(dòng)力鋰電池作為驅(qū)動(dòng)電源的新能源汽車已成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧５牵M管以動(dòng)力鋰電池作為驅(qū)動(dòng)電源的新能源車已大量普及，仍面臨著續(xù)駛里程不足、頻繁充電帶來(lái)的體驗(yàn)差等問(wèn)題。為此，開發(fā)高比能量的動(dòng)力鋰電池顯得非常緊迫，而鋰硫電池因具有較高的能量密度而備受關(guān)注，其理論比能量2680Wh/kg，而傳統(tǒng)鋰離子電池理論比能量?jī)H為400～600Wh/kg，因此，鋰硫電池的研究開發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

相關(guān)技術(shù)中，鋰硫電池以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極，鋰硫電池在放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極反應(yīng)為硫與鋰離子及電子反應(yīng)生成硫化物。通過(guò)電子和離子在電解液中向正極或者負(fù)極傳輸，實(shí)現(xiàn)鋰硫電池的循環(huán)充放電。以正極材料為石墨烯/硫/乙炔黑為例，其首次放電容量1550.0mAh/g，0.6C充放電100次，容量764.0mAh/g，容量保持率為49.3％；1.2C充放電100次后577mAh/g，容量保持率37.2％。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)至少存在以下問(wèn)題：

在鋰硫電池循環(huán)充放電中，形成的多硫化物易溶解于電解液中，造成電解液密度變大，多硫化物還容易擴(kuò)散到金屬鋰負(fù)極上，導(dǎo)致內(nèi)阻增大，從而影響鋰硫電池的循環(huán)充放電性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮摻雜碳材料、鋰硫電池正極材料及其制備方法，可解決上述技術(shù)問(wèn)題。具體技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮摻雜碳材料，所述氮摻雜碳材料通過(guò)以下方法制備得到：

將摩爾比為2:1～3:1的甲醛和間苯二酚混合，再加入含氮有機(jī)化合物，油浴反應(yīng)得到有機(jī)濕凝膠；所述含氮有機(jī)化合物與所述間苯二酚的摩爾比為1：150～1：100；

將所述有機(jī)濕凝膠干燥，得到有機(jī)凝膠；

將所述有機(jī)凝膠高溫碳化，得到顆粒狀的所述氮摻雜碳材料。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述含氮有機(jī)化合物為二甲胺、三甲胺、二苯胺、苯胺、或者N-甲基苯胺。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述油浴反應(yīng)的溫度為75～90℃，所述油浴反應(yīng)的攪拌速度為120～200r/min，所述油浴反應(yīng)的時(shí)間為8～20h。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述干燥的溫度為100～150℃，所述干燥的時(shí)間為16～24h。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述高溫碳化為：

在氬氣氣氛中，以5℃/min的升溫速率升溫到750～900℃，碳化5～10h。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鋰硫電池正極材料，所述鋰硫電池正極材料包括：基體材料和正極材料；

所述基體材料為上述提及的任意一種所述的氮摻雜碳材料，所述正極材料為升華硫；