[發(fā)明專利]鋰硫電池復(fù)合正極活性材料及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010049622.9
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111244445B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張治安;鄭景強(qiáng);賴延清;謝楊洋;覃富榮;洪波;張凱;李劼
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052;C01B32/05;C01B19/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

1.一種鋰硫電池復(fù)合正極活性材料，其特征在于，包括若干模板刻蝕孔具有通孔結(jié)構(gòu)的多孔碳；原位復(fù)合的硒化釩納米片；以及單質(zhì)硫源；

所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料由以下步驟制備得到：

步驟(1)：將包含碳源、SiO₂模板、表面活性劑分散在溶液中得漿液，將漿料干燥后在800～1200℃的溫度下碳化，碳化后的材料用堿液脫SiO₂模板，得到多孔碳；所述的SiO₂模板的粒徑為50～500nm；

步驟(2)：將步驟(1)所得多孔碳和釩源、硒源球磨混合，隨后再在300～800℃熱處理；得到多孔碳硒化釩混合材料；步驟(2)中，所述球磨的轉(zhuǎn)速為200～600rpm，球磨時間為1～10小時；

步驟(3)：將步驟(2)所得的多孔碳硒化釩混合材料進(jìn)行載硫處理，獲得所述的復(fù)合正極活性材料。

2.如權(quán)利要求1所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料，其特征在于，所述的模板刻蝕孔為孔徑50～500nm；

多孔碳材料比表面積為1000～2500m²/g；

孔容為1～4cm³/g；

所述的模板刻蝕孔的孔壁厚度為2.5～3.5nm。

3.如權(quán)利要求2所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料，其特征在于，所述的模板刻蝕孔為均勻孔。

4.如權(quán)利要求3所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料，其特征在于，形成模板刻蝕孔的模板的粒徑偏差≤3％。

5.如權(quán)利要求1所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料，其特征在于，所述的硒化釩納米片原位填充在多孔碳的模板刻蝕孔內(nèi)；

所述的硒化釩納米片的直徑為30～150nm,導(dǎo)電率為10⁵～10⁶S·m^-1。

6.如權(quán)利要求1所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料，其特征在于，硒化釩納米片的重量含量為25～35％。

7.如權(quán)利要求1所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料，其特征在于，所述的單質(zhì)硫源為單質(zhì)硫或聚合硫；所述的復(fù)合正極活性材料的載硫量為70～90wt％。

8.一種權(quán)利要求1～7任一項所述的鋰硫電池復(fù)合正極活性材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：將包含碳源、SiO₂模板、表面活性劑分散在溶液中得漿液，將漿料干燥后在800～1200℃的溫度下碳化，碳化后的材料用堿液脫SiO₂模板，得到多孔碳；所述的SiO₂模板的粒徑為50～500nm；

步驟(2)：將步驟(1)所得多孔碳和釩源、硒源球磨混合，隨后再在300～800℃熱處理；得到多孔碳硒化釩混合材料；步驟(2)中，所述球磨的轉(zhuǎn)速為200～600rpm，球磨時間為1～10小時；

步驟(3)：將步驟(2)所得的多孔碳硒化釩混合材料進(jìn)行載硫處理，獲得所述的復(fù)合正極活性材料。

9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，碳源為蔗糖、淀粉、木薯粉、聚多巴胺中的一種或幾種。

10.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述的表面活性劑為PVP、CTAB、SDS中的一種或幾種。

11.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述漿液中碳源的含量為15～20％，SiO₂模板的含量為15～20％，表面活性劑的含量為0.2～0.5％，余量為水。

12.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述的堿液為堿金屬氫氧化物的溶液。