[发明专利]用于锂硫电池的硫碳复合物、制备所述复合物的方法以及包含所述复合物的电极材料和锂硫电池

权利要求书

1.硫碳复合物，其包含热解微孔碳球(PMCS)基底及加载于所述热解微孔碳球(PMCS)基底中的硫。

2.根据权利要求1的硫碳复合物，其中所述热解微孔碳球(PMCS)基底的BET比表面积为400–1000m²/g。

3.根据权利要求1或2的硫碳复合物，其中所述热解微孔碳球(PMCS)基底的孔容为0.3–3.0cm³/g。

4.根据权利要求1至3之一的硫碳复合物，其中所述热解微孔碳球(PMCS)基底的平均孔径为0.4–1.0nm。

5.根据权利要求1至4之一的硫碳复合物，其中所述热解微孔碳球(PMCS)基底具有空心球结构。

6.根据权利要求1至5之一的硫碳复合物，其中所述热解微孔碳球(PMCS)基底的直径为200–800nm，优选为300–600nm。

7.根据权利要求1至6之一的硫碳复合物，其中硫精细地分散在所述热解微孔碳球(PMCS)基底中。

8.根据权利要求1至7之一的硫碳复合物，其中基于所述硫碳复合物的总重量，所述硫碳复合物的硫加载量为20–90重量％。

9.制备硫碳复合物的方法，该方法包括以下步骤：

1)制备热解微孔碳球(PMCS)基底；及

2)加载硫至所述热解微孔碳球(PMCS)基底以获得硫碳复合物。

10.根据权利要求9的方法，其中在步骤1)中，所述热解微孔碳球(PMCS)基底是通过以下步骤制得的：

a)制备聚苯乙烯(PS)纳米球；

b)使所述聚苯乙烯(PS)纳米球磺化以获得磺化聚苯乙烯(SPS)纳米球；

c)通过水热反应将微孔碳涂层施加在所述磺化聚苯乙烯(SPS)纳米球的表面上以获得碳涂覆的磺化聚苯乙烯(SPS@C)纳米球；及

d)对所述碳涂覆的磺化聚苯乙烯(SPS@C)纳米球进行退火以获得所述热解微孔碳球(PMCS)基底。

11.根据权利要求10的方法，其中在步骤a)中，使苯乙烯在水中在存在过氧化物引发剂的情况下进行聚合，以获得聚苯乙烯(PS)纳米球。

12.根据权利要求10或11的方法，其中在步骤b)中，将所述聚苯乙烯(PS)纳米球与浓硫酸混合，并进行温育以获得磺化聚苯乙烯(SPS)纳米球。

13.根据权利要求10至12之一的方法，其中在步骤c)中，将包含所述磺化聚苯乙烯(SPS)纳米球、一种或多种碳源和表面活性剂的含水悬浮液密封，并在150–200℃的温度下加热5–20小时。

14.根据权利要求13的方法，其中所述表面活性剂选自以下组中：阴离子表面活性剂，如十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、油酸、月桂基磺酸钠(SLS)及十二烷基硫酸钠(SDS)；阳离子表面活性剂，如溴化十六烷基三甲铵；及非离子表面活性剂，如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、Tween-40和Tween-80。

15.根据权利要求13或14的方法，其中作为所述一种或多种碳源，使用糖类，其优选选自以下组中：蔗糖、D-葡萄糖、果糖及其混合物。

16.根据权利要求10至15之一的方法，其中在步骤c)之后且在步骤d)之前对所述碳涂覆的磺化聚苯乙烯(SPS@C)纳米球进行洗涤和干燥。

17.根据权利要求10至16之一的方法，其中在步骤d)中，将所述碳涂覆的磺化聚苯乙烯(SPS@C)纳米球以2–5℃/min的加热速率在600–1000℃的温度下在惰性气氛中退火2–4小时。

18.根据权利要求10至17之一的方法，其中在步骤d)中，使磺化聚苯乙烯(SPS)内核蒸发，并使所述微孔碳涂层进一步碳化。

19.根据权利要求9至18之一的方法，其中在步骤2)中，将所述热解微孔碳球(PMCS)基底与硫混合，密封，并在100–190℃的温度下加热5–20小时，从而使硫精细地分散在所述热解微孔碳球(PMCS)基底中。

20.电极材料，其包含根据权利要求1至8之一的硫碳复合物或通过根据权利要求9至19之一的方法制备的硫碳复合物。

21.锂硫电池，其包含根据权利要求1至8之一的硫碳复合物或通过根据权利要求9至19之一的方法制备的硫碳复合物。