[发明专利]一种用于锂硫电池正极的碳硫复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种用于锂硫电池正极的碳硫复合材料，其特征在于：由单质硫注入多孔空心碳球中复合形成，多孔空心碳球直径80-150nm，壁厚10-20nm，BET比表面1000-1600m²g^-1，孔体积2.0-2.7cm³/g，多孔空心碳球由介孔和微孔构成，介孔和微孔的直径为1-25nm，其中介孔所占孔体积比例为80-90%。

2.一种如权利要求1所述用于锂硫电池正极的碳硫复合材料的制备方法，其特征在于：将单质硫与多孔空心碳球按质量比1-6：2混合并研磨均匀，放到密闭容器中，在氮气或氩气保护氛围下加热至150-200°C，反应10-20h，冷却至室温后即可制得碳硫复合材料。

3.根据权利要求2所述用于锂硫电池正极的碳硫复合材料的制备方法，其特征在于：所述多孔空心碳球的制备方法，包括以下步骤：

1）将酚醛树脂溶于无水乙醇溶液中得到混合液，酚醛树脂在混合液中的质量百分浓度为1.9-2.0%，40-60°C水浴搅拌，加入正硅酸乙酯，正硅酸乙酯与混合液的质量比为1:12，继续搅拌10-20min形成浅黄色的透明混合液；

2）将体积比为1:4的氨水乙醇混合溶液迅速倒入上述透明混合液中，剧烈搅拌，40-60°C下反应2-4h，缓慢蒸干后，在60-80°C下干燥12-24h，得到固体产物；

3）将上述固体产物研磨均匀，在氩气气氛中加热至650-850°C反应2-4h，然后倒入质量百分浓度为10%的氢氟酸溶液中进行反应以除去Si，将过滤所得固体用蒸馏水洗涤，60-80°C干燥12-24h，即可制得多孔空心碳球。

4.一种如权利要求1所述用于锂硫电池正极的碳硫复合材料的应用，其特征在于：用于制备高性能锂硫纽扣电池的正极材料，方法如下：将碳硫复合材料、粘结剂和导电剂按加入N－甲基吡咯烷酮（NMP）中调成均匀浆状，涂在集流体上制成极片，将极片在室温至80°C、0.1MPa真空度下干燥12-24h，然后在10-20MPa压力下压制5-10min，即可制得正极片，将上述制得的正极片和作为负极片的锂片与聚合物隔膜和电解液按常规方法在手套箱中组装成锂硫纽扣电池即可。

5.根据权利要求4所述用于锂硫电池正极的碳硫复合材料的应用，其特征在于：所述导电剂为碳纳米纤维、导电石墨、乙炔黑、Super P中的一种或两种以上任意比列的混合物，所述粘结剂为聚四氟乙烯（PTFE）或聚偏氟乙烯（PVDF），碳硫复合材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为导电剂20-5%、粘结剂10-5%、碳硫复合材料为余量；所述集流体为泡沫铜、泡沫镍、铜片或铝片；所述锂片材 料为六氟磷酸锂（LiPF₆）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、六氟砷酸锂（LiAsF₆）、高氯酸锂（LiClO₄）、三氟甲基磺酸锂（LiCF₃SO₃）或双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）；所述聚合物隔膜为聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯构成的三层膜；所述电解液为乙二醇二甲醚（DME）、1,3－二氧戊酮（DOL）、四氢呋喃（THF）、二甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、邻二甲苯中的一种或两种以上任意比列的混合物。