[發明專利]磷酸硅鋁-硫復合材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池

在審

• 申請號: 201911301872.0
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111082012A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 高圳;梅晶;唐澤勛;鄧多;常敬杭;商士波;張瑛
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王闖

1.一種磷酸硅鋁-硫復合材料的制備方法，其特征在于，包括：

擬薄水鋁石漿液與磷酸溶液混合進行第一反應得到第一溶液；

將包括鋁鹽溶液與硅源溶液在內的原料混合后調節pH至堿性，然后加入所述第一溶液、環己胺和氫氟酸得到懸濁液；將所述懸濁液加熱進行第二反應，然后調節pH至中性或堿性，繼續反應得到磷酸硅鋁模板；

將所述磷酸硅鋁模板與硫-水懸浮液混合，加熱進行第三反應得到復合材料，將所述復合材料在惰性氣體保護下熱處理得到磷酸硅鋁-硫復合材料。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述擬薄水鋁石漿液的溶劑為水，所述擬薄水鋁石的質量百分比為10％-40％；所述磷酸溶液的溶劑為水，H₃PO₄的質量百分比為40％-80％；

優選地，所述磷酸溶液中的H₃PO₄與所述擬薄水鋁石漿液中的Al₂O₃的摩爾比為(2.5-6.5)：1；

優選地，所述磷酸溶液中的H₃PO₄與所述鋁鹽溶液中的鋁元素、所述硅源溶液中的硅元素、所述硫-水懸浮液中的硫元素、所述環己胺、所述氫氟酸中的HF的摩爾比為1：(10-30)：(50-100)：(5-25)：(0.1-0.3)：(0.2-0.5)；

優選地，所述第一反應的反應溫度為40-100℃，反應時間為10-50h。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鋁鹽溶液中的鋁鹽包括硅酸鋁、硫酸鋁、氯化鋁中的一種或多種；

優選地，所述硅源溶液中的硅源包括堿性硅溶膠；

優選地，所述堿性是指pH為10-10.8。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氫氟酸中的HF的質量百分比為5％-30％；

優選地，所述第二反應的反應溫度為100-200℃，反應時間為20-40h；

優選地，所述中性或弱堿性指的是pH為7-9；

優選地，所述繼續反應的時間為20-60min；

優選地，所述繼續反應結束后還包括第一后處理，所述第一后處理包括：

將反應物過濾，濾出物超聲處理后用去離子水洗滌，然后干燥得到所述磷酸硅鋁模板。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硫-水懸浮液中的硫與所述磷酸硅鋁模板的質量比為(5-100)：1；

優選地，所述硫-水懸浮液中硫與水的質量比為1：(1-3)；

優選地，所述第三反應的反應溫度為40-70℃，反應終點為體系內的水全部蒸干；

優選地，所述第三反應在攪拌狀態下進行，攪拌速率為600-1000r/min；

優選地，所述第三反應結束后還包括第二后處理，所述第二后處理包括：

用去離子水清洗所述第三反應的產物，過濾后將濾渣在惰性氣體保護下、30-100℃干燥。

6.根據權利要求1-5任一項所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理包括：

將所述復合材料按照1-4℃/min的升溫速率從室溫升高至80-110℃，然后恒溫4-12h。

7.一種磷酸硅鋁-硫復合材料，其特征在于，使用權利要求1-6任一項所述的制備方法制得。

8.根據權利要求7所述的磷酸硅鋁-硫復合材料，其特征在于，所述磷酸硅鋁-硫復合材料的比表面積為200～1000m²/g，孔體積為0.5～5.0ml/g，粒徑為0.2～10μm。

9.一種鋰硫電池正極，其特征在于，使用權利要求7或8所述的磷酸硅鋁-硫復合材料制得。

10.一種鋰硫電池，其特征在于，包括權利要求9所述的鋰硫電池正極。