[發明專利]一種中空氮摻雜多孔碳球及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011233313.3
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112429713A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 肖迎波;張琪;郭思嘉;黃少銘
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發明公開了一種中空氮摻雜多孔碳球及其制備方法和應用，本發明利用硫化鋅為自犧牲模板，導電聚合物聚多巴胺作為碳前驅體，通過水熱反應制得聚多巴胺?硫化鋅前驅體(ZnS@PDA)，進一步煅燒后制得中空氮摻雜多孔碳球(NHPCS)，制備方法步驟較少，容易操作，且所制得的中空氮摻雜多孔碳球在作為鋰硫電池正極材料時，可避免多硫化物的溶解和擴散，促進電荷以及離子的運輸和儲存，提高碳材料的導電性和極性，進一步提高所合成電極材料的限制多硫化物的能力，本發明制得的中空氮摻雜多孔碳球載硫后應用于鋰硫電池，電池容量高，展現出優異的倍率性能和循環穩定性，遠高于傳統的碳納米管基正極材料。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池材料技術領域，更具體地，涉及一種中空氮摻雜多孔碳球及其制備方法和應用。

背景技術

鋰硫電池日益受到人們的重視。鋰硫電池是以硫元素作為電池正極材料，金屬鋰作為負極材料的一種鋰電池。單質硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環境友好等特點。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，盡管如此，鋰硫電池的商業化發展依然面臨許多挑戰，主要問題有：(1)活性硫及其放電產物硫化鋰為電子/離子絕緣性材料，不利于電化學反應的進行；(2)充放電過程中，電池內產生的多硫化鋰易溶解于電解液中，發生穿梭效應和多種副反應，導致活性材料大量損耗，以上問題可以通過合理設計硫正極材料在一定程度上改善鋰硫電池性能。

如中國專利CN106927498A(公開日2019.8.16)公開了一種硫化鋅納米帶、制備及其在制備鋰硫電池正極材料中的應用，其中先利用鋅源、硫源和表面活性劑，通過水熱反應制得帶狀硫化鋅，然后與碳源在pH8.5下作用6h，在600℃加熱得到產物后繼續在三氯化鐵溶液中處理，制得具有納米帶狀、且以硫為核、以碳或者氮摻雜碳為外殼的核殼結構的正極材料；但其對多硫化物吸附和固定作用較弱，用于制備鋰硫電池，鋰硫電池比容量低，倍率性能差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有鋰硫電池正極材料用于制備鋰硫電池時，鋰硫電池比容量低，倍率性能差的缺陷和不足，提供一種中空氮摻雜多孔碳球的制備方法，所制得的中空氮摻雜多孔碳球，具有中空多孔結構，對多硫化物吸附和固定作用較強，作為鋰硫電池的正極材料，所制得的鋰硫電池容量高，倍率性能和循環穩定性能優異。

本發明的又一目的是提供一種中空氮摻雜多孔碳球。

本發明的另一目的是提供一種中空氮摻雜多孔碳球的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種中空氮摻雜多孔碳球的制備方法，包括如下步驟：

S1.將鋅鹽和硫源溶于溶劑得第一混合液，于90～150℃反應1～3h，分離后將固體干燥制得硫化鋅球模板；其中鋅鹽和硫源的摩爾比為1:1～3；

S2.將步驟S1制得的硫化鋅球模板與多巴胺鹽酸鹽溶于溶劑中得到第二混合液，在90～150℃下水熱反應2～5h，分離后將固體干燥制得聚多巴胺-硫化鋅前驅體；其中硫化鋅球模板與多巴胺鹽酸鹽的摩爾比為1～5:1；

S3.將步驟S3制得的聚多巴胺-硫化鋅前驅體在惰性氛圍下700～1000℃煅燒1～3h，制得中空氮摻雜多孔碳球。