一种核壳结构碳/硫复合正极材料、制备方法及其应用.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CN105633379A(43)申请公布日2016.06.01(21)申请号201610119524.1(22)申请日2016.03.03(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人张凤祥杜新宇张小龙李令东(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人梅洪玉潘迅(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种核壳结构碳/硫复合正极材料、制备方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种核壳结构多孔碳/硫复合正极材料及其制备方法，该材料由外壳和内壳复合制得，内核与外壳之间有空隙；制备方法为：1)以表面活性剂为模板剂，原硅酸乙酯为成孔剂，酚醛树脂为碳源，通过“stober”法得到核壳结构的聚合物；2)将上述产物经冷却、离心、干燥后高温煅烧碳化，制得核壳结构碳材料；3)用刻蚀剂刻蚀上述材料后经洗涤、干燥后得到壳壁多孔的核壳结构碳材料；4)将硫与上述材料研磨混合均匀，放入安瓿瓶中，在管式炉中真空加热熔融灌注后既得S-C复合材料。该方法工艺简单；原材料价格便宜；核壳结构碳材料由于壳壁拥有丰富的孔道结构，有效抑制活性物质的流失，提升电极材料的稳定性，提高电化学性能。CN105633379ACN105633379A权利要求书1/1页1.一种核壳结构碳/硫复合正极材料，其特征在于，该核壳结构碳/硫复合正极材料由外壳和内壳复合制得，外壳为具有丰富孔道结构的多孔碳壳，多孔碳壳外径为300-700nm，壳壁厚度为200-500nm，壳壁孔道的孔径为4-15nm；内核为硫单质，内核内径为100-500nm；内核与外壳之间的空隙体积占球壳内部空间总体积百分数的20-55％。2.一种权利要求1所述的核壳结构碳/硫复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：第一步，将表面活性剂分散在无水乙醇中，依次加入氨水、去离子水和间苯二酚粉末，室温搅拌均匀；加入甲醛和正硅酸乙酯TEOS溶液，室温反应24～38小时后升温至100℃静止24～48小时，将产物过滤、洗涤、干燥得到酚醛树脂和二氧化硅的核壳结构固体粉末RF@SiO2；所述的无水乙醇、去离子水水、氨水、TEOS和甲醛的体积比为1：1.5～2.5：0.015～0.025：0.075～0.125：0.025～0.0045；所述的表面活性剂和TEOS的摩尔比为1：7～9.5；所述的间苯二酚和表面活性剂的质量比为1:0.8～1.5；第二步，在惰性气体保护下，将上述制得的RF@SiO2粉末在500～750℃下高温煅烧碳化3～8小时，得到SiO2@C核壳结构材料；第三步，用刻蚀剂刻蚀SiO2@C核壳结构材料5～60小时，除去SiO2，得到壳壁多孔的核壳结构碳材料；所述的刻蚀温度为20～100℃；第四步，将质量比为1:1.4～2.9的升华硫单质与核壳结构碳材料混合均匀，密封于安瓿瓶中，管式炉中140～180℃下真空加热5～10小时，使升华硫单质熔融灌注于碳材料的空隙中，自然冷却得到核壳结构碳/硫复合正极材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的第一步中的表面活性剂为阳离子型表面活性剂溴化十六烷基三甲铵CTAB，阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，或非离子型表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚TX-100、油酸山梨醇酯span80。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述的第一步中的氨水的质量百分含量为25～28％。5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述的第三步中的刻蚀剂为NaOH、KOH或HF，NaOH、KOH的浓度为3～18mol/L，HF的质量百分比为5～20％。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的第三步中的刻蚀剂为NaOH、KOH或HF，NaOH、KOH的浓度为3～18mol/L，HF的质量百分比为5～20％。7.根据权利要求2或3或6所述的制备方法，其特征在于，所述的第二步中升温速率为2～5℃/min；所述的第四步中升温速率为3～8℃/min。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的第二步中升温速率为2～5℃/min；所述的第四步中升温速率为3～8℃/min。9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的第二步中升温速率为2～5℃/min；所述的第四步中升温速率为3～8℃/min。10.将上述权利要求1所述的核壳结构碳/硫复合正极材料应用于锂硫电池领域。2CN105633379A说明书1/5页一种核壳结构碳/硫复合正极材料、制备方法及其应用技术领域[0001]本