[发明专利]一种用于锂硫电池正极的正极材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种用于锂硫电池正极的正极材料，其特征在于：

其以过渡金属中的一种或二种以上金属元素的碳化物或氮化物为催化组分；以单质硫为活性组分；催化组分首先担载于载体上，然后活性组分再担载于负载有催化组分的载体上；催化组分的含量为正极材料总重量的2-30％，硫的含量为正极材料总重量的30-80％，余量为载体；

其中的过渡金属元素的碳化物或氮化物为Mo、W、Cr、V、Ta、Nb、Fe、Co、Ni、Ti、Re、Sn和/或Se中的一种或二种以上的碳化物或氮化物。

2.按照权利要求1所述的正极材料，其特征在于：

载体为活性炭、炭气凝胶、石墨烯、氧化石墨、膨胀石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳中的一种或二种以上混合物。

3.一种权利要求1-2任一所述正极材料的制备方法，其特征在于：

A、负载有催化组分的载体的制备包括如下步骤：

1)将过渡金属的可溶性前驱物溶解到溶剂中，制成溶液，其中过渡金属可溶性前驱物的质量百分含量为5-60％；

2)将载体与上述混合溶液混合，其中载体的质量百分含量为10～50％；

3)将上述均匀的混合物加热到50℃～95℃，在不断搅拌下使溶剂缓慢挥发至混合物表面干燥；然后在60℃～150℃的条件下真空干燥2～24小时；

4)在惰性气氛下，将上述干燥后的混合物在200℃～600℃下焙烧0.5～12小时，得到前驱氧化物；

5)碳化或氮化过程是：将前驱氧化物在700℃-1600℃碳化气氛或氮化气氛中对前驱氧化物进行碳化或氮化处理，得到负载有催化组分的载体；

其中碳化气氛为甲烷和氢气的混和气、乙烷和氢气的混和气、苯和氢气的混和气，混合气中氢气的体积含量1～20％；

氮化气氛为氨气、或氢气和氮气混合气，混合气中氢气的体积含量1～20％；

B、于负载有催化组分的载体上担载硫：将负载有催化组分的载体与单质硫按所需比例混合，球磨3-10h后，置于管式炉中120-200℃恒温5-20h，得到正极材料。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

氮化过程：首先将前驱氧化物从室温按5-30℃/min升温至400-500℃，然后再按0.1-4℃/min升温至700-850℃，保温3-5小时；

碳化过程：首先将前驱氧化物从室温按5-30℃/min升温至400-500℃，然后再按0.1-4℃/min升温至800-1600℃，保温3-5小时。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

惰性气氛采用的气体为He、Ar、N₂中的一种或二种以上；

所述溶剂为水、甲醇、C₂～C₈一元醇、C₂～C₈二元醇或C₃～C₈三元醇中的一种或二种以上任意比例的混合溶液。

6.一种权利要求1-2任一所述正极材料的应用，其特征在于：

所述正极材料作为锂硫电池正极催化剂。

7.按照权利要求6所述的应用，其特征在于：

所述锂硫电池正极包括相互混合的正极材料、粘结剂，其中含有或不含有导电剂，锂硫电池正极中导电剂含量为锂硫电池正极总重量的0-30％，锂硫电池正极中粘结剂为锂硫电池正极总重量的5-30％。

8.按照权利要求6所述的应用，其特征在于：

所述正极采用刮涂法制备；其采用的分散剂为水、C₂～C₈一元醇、二元醇、三元醇或由这些醇衍生的羧酸盐中的一种或二种以上任意比例的混合溶液。