卤化物掺杂的碳/硫正极材料及其制备方法和应用.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CN113871607A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111068014.3(22)申请日2021.09.13(71)申请人常州大学地址213164江苏省常州市武进区滆湖路1号(72)发明人张静静康海王志华刘宜霖张汉平(74)专利代理机构常州市英诺创信专利代理事务所(普通合伙)32258代理人李楠(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称卤化物掺杂的碳/硫正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于电极材料领域，具体涉及一种卤化物掺杂的碳/硫正极材料及其制备方法和应用。卤化物掺杂的碳/硫正极材料，包括卤化物晶体、导电碳和单质硫，卤化物为碱金属、碱土金属和过渡金属的卤化物可溶盐中的任意一种或多种，导电碳基材料优选介孔碳、高分子聚合物、石墨烯、多壁碳纳米管、导电炭黑、碳纳米纤维中的一种或多种，单质硫和卤化物晶体分散在导电碳基材料中。其制备步骤包括先采用微乳液法在碳材料上引入卤化物，再通过硫升华引入单质硫。本发明通过卤化物对碳/硫复合材料的掺杂改性，提高了材料导电性，进而提高锂硫电池的充放电容量和循环稳定性。CN113871607ACN113871607A权利要求书1/2页1.一种卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：包含卤化物晶体、导电碳基材料和单质硫，所述的单质硫和卤化物晶体分散在导电碳基材料中。2.根据权利要求1所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：卤化物为碱金属卤化物、碱土金属卤化物和过渡金属卤化物可溶盐中的任意一种或多种；和/或，所述的导电碳基材料选自介孔碳、高分子聚合物、石墨烯、多壁碳纳米管、导电炭黑和碳纳米纤维中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：导电碳基材料为多壁碳纳米管；和/或，卤化物为钾、钠、锂和锌的卤化物中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：卤化物为钾的卤化物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将卤化物溶解于水中，得到溶液；(2)将油相、表面活性剂、卤化物水溶液混合乳化；(3)向步骤(2)乳化后的体系中加入导电碳基材料，搅拌微乳液；(4)在步骤(3)的微乳液体系搅拌的同时水浴加热，干燥后煅烧，得到卤化物掺杂的导电碳基材料；(5)将升华硫与步骤(4)的卤化物掺杂的导电碳基材料混合，在氮气氛围下煅烧，使升华硫升华扩散，得到卤化物掺杂的碳/硫正极材料。6.根据权利要求5所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)溶液中卤化物的质量浓度为0.1‑10％；和/或，步骤(2)中油相与表面活性剂体积比为6:1‑8:1，磁力搅拌混合；和/或，步骤(2)中油相为难溶于水且易于挥发的有机溶剂；和/或，步骤(2)中表面活性剂为曲拉通X‑100、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇醚羧酸盐、烷基多苷、醇醚磷酸单酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、辛基苯基聚氧乙烯醚、乙二醇丁醚醋酸酯、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、α‑烯基磺酸钠、仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯、羟基合成醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基氧化胺、十六烷基三甲基氯化铵、二硬脂基羟乙基甲基硫酸甲脂铵、硬脂酸甘油酯中的任意一种或几种的混合；和/或，步骤(2)中混合乳化方法为：在磁力搅拌的过程中，逐渐加入步骤(1)中的卤化物水溶液，形成微乳液体系；和/或，步骤(3)中卤化物占导电碳基材料质量的0.1‑50％；和/或，步骤(3)中搅拌时间为0.1‑100min；和/或，步骤(4)中水浴加热温度为40‑100℃，搅拌0.1‑10h，在40‑80℃下真空干燥0.5‑12h，去除水相和油相；和/或，步骤(4)中煅烧方法为在管式炉氮气氛围下500‑600℃高温煅烧0.5‑12h；和/或，步骤(5)中卤化物掺杂的导电碳基材料的混合物中升华硫的质量百分数为30‑90％；和/或，步骤(5)的煅烧方法为：升华硫与卤化物掺杂的导电碳基材料混合物在管式炉2CN113871607A权利要求书2/2页氮气氛围下以5℃/min的升温速度升高至150‑600℃维持煅烧0.5‑12h，使硫充分升华扩散，最终得到卤化物掺杂的碳/硫复合材料；和/或，步骤(5)还包括如下步骤：将步骤(4)制得的卤化物掺杂的导电碳基材料与升华硫研磨混合。7.根据权利要求5所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的油相为环己烷、苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、氯苯、二氯苯、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙酸乙酯和氯酚中的任意一种或几种的混