一种氮掺杂多孔碳/硫复合材料及其制备方法和用途.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105990573A(43)申请公布日2016.10.05(21)申请号201510100283.1(22)申请日2015.03.06(71)申请人国家纳米科学中心地址100190北京市海淀区中关村北一条11号(72)发明人智林杰肖志昌宋琪(74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司11332代理人巩克栋侯桂丽(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/13(2010.01)H01M4/139(2010.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种氮掺杂多孔碳/硫复合材料及其制备方法和用途(57)摘要一种氮掺杂多孔碳/硫复合材料及其制备方法和用途。本发明的复合材料由同轴氮掺杂多孔碳材料和单质硫复合而成，所述复合材料制备方法为：首先将同轴氮掺杂多孔聚合物/一维碳纳米复合材料在管式炉和惰性气体保护中通过高温处理形成同轴氮掺杂多孔碳材料，然后与硫单质进行热处理复合而得到。本发明同时提供了基于该复合材料的锂硫电池，该电池表现出高的放电比容量，循环稳定性和良好的倍率性能。CN105990573ACN105990573A权利要求书1/2页1.一种氮掺杂多孔碳/硫复合材料，其特征在于，所述复合材料将以一维碳纳米材料为核，氮掺杂多孔碳材料为壳的同轴结构碳材料与单质硫复合而成。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述同轴氮碳材料中氮含量为1重量％-30重量％；优选地，所述复合材料中硫含量为25重量％-90重量％。3.一种权利要求1或2所述的氮掺杂多孔碳/硫复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将含氮有机物，醛类化合物和一维碳纳米材料通过溶剂热法进行原位复合得到氮掺杂多孔聚合物前驱体；(2)在惰性气体保护下将步骤(1)得到的前驱体进行高温处理得到同轴氮掺杂多孔碳；(3)将步骤(2)得到的同轴氮掺杂多孔碳与单质硫进行热处理得到氮掺杂多孔碳/硫复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述含氮有机物为含氮有机物单体或含氮聚合物中的一种或者多种的组合，优选为2-萘胺、联苯胺、己二胺、乙二胺、三乙胺、三聚氰胺、多巴胺、聚苯胺中的一种或者多种的组合，进一步优选为联苯胺、苯胺和三聚氰胺中的一种或者多种的组合。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述醛类化合物为脂肪链醛类和芳香醛类的一种或者多种的组合，优选为辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、月桂醛(十二醛)、十三醛、肉豆蔻醛(十四醛)、甲基己基乙醛、甲基辛基乙醛、甲基壬基乙醛、三甲基己醛、四甲基己醛、苯甲醛、邻苯二甲醛、对苯二甲醛、间苯二甲醛、苯乙醛、苯丙醛、桂醛中的一种或者多种的组合，进一步优选为苯甲醛，苯乙醛，间苯二甲醛和对苯二甲醛中的一种或者多种的组合。6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述一维碳纳米材料为单壁碳纳米管，多壁碳纳米管，碳纳米纤维中的一种或者多种的组合，优选为多壁碳纳米管和碳纳米纤维中的一种或者多种的组合；优选地，所述单质硫为升华硫、沉降硫、精制硫中的一种或者多种的组合，优选为升华硫。7.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述含氮有机物和醛类化合物的质量比为0.1:1～10:1；优选地，步骤(1)中所述含氮有机物与醛类化合物的总质量与一维碳纳米材料的质量比为5:1～30:1；优选地，步骤(1)中所述溶剂热法中，相对于1g含氮有机物，溶剂的体积为10-30mL。8.根据权利要求3-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述高温处理的温度为400～1200℃；处理的时间0.5～5h；优选地，步骤(3)中所述热处理的温度为130～500℃，优选为130～300℃，更优选为130～200℃；热处理的时间为1～40h，优选为10～30h，更优选为15～25h。9.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，含有权利要求1或2所述的氮掺杂多孔碳/硫复合材料或权利要求3-8任一项所述方法制得的氮掺杂多孔碳/硫复合材料。10.权利要求9所述的正极材料的制备方法，包括如下步骤：将所述复合材料与导电2CN105990573A权利要求书2/2页剂，粘结剂按照质量比为4-15:0.3-3:1，优选为8:1:1均匀混合并涂覆于铝箔上得到；优选地，所述导电剂为乙炔黑、炭黑、石墨中的一种或者多种的组合，优选为乙炔黑；优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或者多种的组合，优选为聚偏氟乙烯。3CN105990573A说明书1/6页一种氮掺杂多孔碳/硫复合材料及其制备方法和用途技术领域[0001]本发明属于锂硫电池领域，特别涉及一种氮掺杂多孔碳/硫复合材料