一种硫碳复合材料、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CN113675387A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110802090.6(22)申请日2021.07.15(71)申请人南京信息工程大学地址210044江苏省南京市宁六路219号(72)发明人张明道戚彩宋力靳亚超崔岩(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/583(2010.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称一种硫碳复合材料、制备方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种硫碳复合材料、制备方法及其应用，通过六水合氯化钴和钴氰化钾的沉淀反应形成普鲁士蓝类似物前驱体，经洗涤、干燥后将所得前驱体粉末在惰性气氛下进行高温煅烧处理即可制备得到氮掺杂的碳纳米管。再将酸处理后的氮掺杂的碳纳米管与升华硫进行热熔处理，得到的硫碳复合材料用作锂硫电池的正极材料，用于提升电池的循环性能和倍率性能。CN113675387ACN113675387A权利要求书1/1页1.一种硫碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将摩尔比为3:2的CoCl2·6H2O和K3Co(CN)6分别溶解于去离子水中制得两种溶液，将两种溶液混合后搅拌，避光环境中陈化制得沉淀，收集沉淀经洗涤、干燥得到普鲁士蓝类似物前驱体粉末；将普鲁士蓝类似物前驱体粉末在惰性气氛下进行高温煅烧处理，制得高金属含量的氮掺杂碳纳米管；将高金属含量的氮掺杂碳纳米管进行酸洗除杂，再水洗至中性进行真空干燥，随后惰性气氛下进行二次热处理，制得低金属含量的氮掺杂碳纳米管；将低金属含量的氮掺杂碳纳米管与升华硫按照1:3‑1:5的质量比混合，惰性气氛下进行热熔处理，制得硫碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种硫碳复合材料，其特征在于，所述两种溶液混合后搅拌至少15min，避光环境中陈化至少6小时。3.根据权利要求1所述的一种硫碳复合材料，其特征在于，所述高温煅烧处理的升温速率为10‑30℃/min，升温至700~1000℃后保温至少2小时，自然冷却至室温后研磨细化得到高金属含量的氮掺杂碳纳米管。4.根据权利要求1所述的一种硫碳复合材料，其特征在于，所述低金属含量的氮掺杂碳纳米管与升华硫进行球磨混合，混合后的混合物置于氧化铝瓷舟中，氩气条件下在管式炉中进行热熔处理。5.根据权利要求4所述的一种硫碳复合材料，其特征在于，所述热熔处理的升温速率为2℃/min，升温至115℃后保温30min，再以2℃/min，升温至155℃后保温720min，自然冷却至室温后研磨细化得到硫碳复合材料。6.根据权利要求1所述的一种硫碳复合材料，其特征在于，所述酸洗除杂使用盐酸除杂，盐酸为2~6mol/L，盐酸与所述高金属含量的氮掺杂碳纳米管的质量比至少为50:1。7.根据权利要求1所述的一种硫碳复合材料，其特征在于，所述二次热处理的升温速率为5~10℃/min，升温至600~800℃后保温至少2小时，自然冷却至室温后研磨细化，制得低金属含量的氮掺杂碳纳米管。8.一种硫碳复合材料，其特征在于：由权利要求1‑7任一项所述的一种硫碳复合材料的制备方法制备得到。9.根据权利要求8所述的一种硫碳复合材料的应用，其特征在于，所述硫碳复合材料在锂硫电池中的应用。10.根据权利要求9所述的一种硫碳复合材料的应用，其特征在于，所述硫碳复合材料与粘结剂进行制浆涂覆作为锂硫电池中的正极。2CN113675387A说明书1/4页一种硫碳复合材料、制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及一种硫碳复合材料、制备方法及其应用，具体涉及一种用于锂硫电池正极材料的氮掺杂碳纳米管的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用，属于新能源技术领域。背景技术[0002]市面上已有的锂离子电池如磷酸铁锂、钴酸锂、三元锂等已被广泛开发并运用在储能系统和便携式电子设备中。随着社会不断发展，人们对于能源的需求越来越大，市场化主流的锂离子电池均很难满足300Wh/kg的能量密度要求。目前锂离子电池体系的实际能量密度已接近理论极限，新型电池体系的开发成为必然选择。[0003]锂硫电池因其超高理论比容量(1675mAh·g‑1)和能量密度(2615Wh·kg‑1)而被誉为最有前途的下一代储能系统之一，近年来引起了极大的关注。此外，与其他电池相比，成本低、环境友好和硫的储量丰富等特点也为可持续能源市场带来了额外的利好。但元素硫的绝缘性质、充放电过程中巨大的体积变化以及多硫化物在电解质中溶解所伴随的穿梭效应导致硫利用率和循环性能差等缺点明显，严重阻碍了锂硫电池的在工业上的应用。发明内容[0004]本发明的