[发明专利]含硫纳米多孔材料、纳米粒子、方法和应用

权利要求书

1.一种纳米粒子，包括：

碳材料支撑物；和

硫材料，所述硫材料支撑在碳材料支撑物上，其中锂硫电池的循环伏安图在约2.4伏处显示出稳定的还原峰，所述锂硫电池阴极内包含所述纳米粒子。

2.根据权利要求1所述的纳米粒子，其中：

所述循环伏安图使用含双三氟甲烷磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚电解质；

所述循环伏安图在约2.0伏处也显示出稳定的还原峰；和

所述循环伏安图在约2.35伏和约2.45伏处还显示出稳定的氧化峰。

3.根据权利要求1所述的纳米粒子，其中所述碳材料支撑物包括中空形状的球。

4.根据权利要求1所述的纳米粒子，其中所述碳材料支撑物至少部分地包括石墨碳材料。

5.根据权利要求1所述的纳米粒子，其中所述硫材料包括无定形的硫材料，所述无定形的硫材料以重量计包括多达约70％的硫材料。

6.一种电极，包括：

导电支撑物；和

涂层，所述涂层位于所述导电支撑物上，所述涂层包括纳米粒子，所述纳米粒子包括：

碳材料支撑物；和

硫材料，所述硫材料支撑在碳材料支撑物上，其中锂硫电池的循环伏安图在约2.4伏处显示出稳定的还原峰，所述锂硫电池阴极内包含所述纳米粒子。

7.一种包括电极的电池，所述电极包括：

导电支撑物；和

涂层，所述涂层位于所述导电支撑物上，所述涂层包括纳米粒子，所述纳米粒子包括：

碳材料支撑物；和

硫材料，所述硫材料支撑在碳材料支撑物上，其中锂硫电池的循环伏安图在约2.4伏处显示出稳定的还原峰，所述锂硫电池阴极内包含所述纳米粒子。

8.根据权利要求7所述的电池，其中：

所述电极包括阴极；和

所述电池包括锂离子电池。

9.一种纳米多孔材料，包括：

块体碳材料支撑物；和

硫材料，所述硫材料支撑在块体碳材料支撑物上，其中锂硫电池的循环伏安图在约2.4伏处显示出稳定的还原峰，所述锂硫电池阴极内包含来自所述纳米多孔材料的纳米粒子。

10.根据权利要求9所述的纳米多孔材料，其中：

所述循环伏安图使用含有双三氟甲烷磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚电解质；

所述循环伏安图在约2.0伏处也显示出稳定的还原峰；和

所述循环伏安图在约2.35伏和约2.45伏处还显示出稳定的氧化峰。

11.一种制备纳米多孔材料的方法，包括在温度至少约450摄氏度和压力至少约2个大气压的条件下，使用硫材料源处理多孔碳材料支撑物，以提供一种灌注硫的多孔碳材料支撑物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述处理多孔碳材料支撑物使用硫材料源和惰性气体。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔碳材料支撑物的平均孔径范围为约0.5至约20纳米。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔碳材料支撑物包括中空多孔碳纳米粒子。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔碳材料支撑物包括非中空的纳米粒子。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔碳材料支撑物由煤形成。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔碳材料支撑物由碳气凝胶形成。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔碳材料支撑物由碳源材料形成，所述碳源材料选自以下组：煤、碳气凝胶、聚丙烯腈、多糖、柠檬酸、没食子酸、肉桂酸(cynnamic acid)、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯。

19.一种制备纳米粒子的方法，包括：

在模板纳米粒子上形成碳材料层，以提供碳材料涂覆的模板纳米粒子；

从所述碳材料涂覆的模板纳米粒子中溶解所述模板纳米粒子，以形成中空形状的碳材料纳米粒子；和

在温度至少约450摄氏度和压力至少约2个大气压的条件下，使用硫材料源灌注中空形状的碳材料纳米粒子，以形成灌注硫的中空形状的碳材料纳米粒子。