[发明专利]用于正极的硫基活性材料

权利要求书

1.一种硫基活性材料，其包含：

核-壳结构，其包括：

中空核；和

围绕该中空核的多孔碳壳；

存在于一部分该中空核中的硫；和

在多孔碳壳上形成的聚合物壳涂层，所述聚合物壳涂层包括键合到多孔碳壳的碳原子上的氮原子以使所述多孔碳壳是氮掺杂的多孔碳壳。

2.如权利要求1中所述的硫基活性材料，其中所述聚合物壳涂层由聚多巴胺、聚吡咯、聚苯胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨酯或其组合制成。

3.如权利要求1中所述的硫基活性材料，其中所述硫是各自具有小于500纳米尺寸的许多纳米粒子的形式。

4.如权利要求1中所述的硫基活性材料，其中：

所述中空核的尺寸小于1微米；

存在于所述中空核中的硫的最大量占该中空核的小于90%；且

所述中空核的其他部分是空的。

5.如权利要求1中所述的硫基活性材料，其进一步包括交联到聚合物壳涂层上的多硫离子。

6.如权利要求1中所述的硫基活性材料，其中所述聚合物壳涂层包括具有传送锂离子并阻挡多硫离子传送的尺寸的孔。

7.一种正极，其包含：

硫基活性材料，其包括：

具有中空核和围绕该中空核的多孔碳壳的核-壳结构；

存在于一部分该中空核中的硫；和

在所述多孔碳壳上形成的聚合物壳涂层，所述聚合物壳涂层包括键合到多孔碳壳的碳原子上的氮原子以使所述多孔碳壳是氮掺杂的多孔碳壳；

导电碳材料；和

粘合剂。

8.如权利要求7中所述的正极，其中所述聚合物壳涂层由聚多巴胺、聚吡咯、聚苯胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨酯或其组合制成。

9.如权利要求7中所述的正极，其中：

所述导电碳材料是乙炔黑；

所述粘合剂是水溶性聚(乙烯醇)；且

所述正极中所述硫基活性材料的总量为最多90重量%。

10.如权利要求7中所述的正极，其中所述硫是各自具有小于500纳米尺寸的许多纳米粒子的形式。

11.如权利要求7中所述的正极，其进一步包括交联到聚合物壳涂层上的多硫离子。

12.一种制造硫基活性材料的方法，所述方法包括：

形成具有中空核的多孔碳壳；

将硫并入所述中空核中，由此形成中空碳-硫复合材料；

将所述中空碳-硫复合材料分散在包括含氮单体并具有碱性pH的水溶液中，由此形成分散体；和

将所述分散体在反应温度下搅拌足以使含氮单体聚合和在中空碳-硫复合材料的多孔碳壳上形成聚合物壳涂层的时间，由此所述聚合物壳涂层的至少一些氮原子键合到所述多孔碳壳的碳原子上以形成氮掺杂的多孔碳壳。

13.如权利要求12中所述的方法，其中如下实现形成所述多孔碳壳和将硫并入所述中空核中：

将碳前体沉积到牺牲多孔模板上和中；

热解沉积的碳前体，由此在牺牲多孔模板上形成多孔碳壳；

除去所述牺牲多孔模板，由此形成所述多孔碳壳的所述中空核；

将硫与具有所述中空核的所述多孔碳壳混合以形成混合物；和

热处理所述混合物，由此将硫浸渍到所述中空核中。

14.如权利要求13中所述的方法，其中：

所述碳前体是聚多巴胺碳前体；

所述牺牲多孔模板包括许多多孔二氧化硅纳米粒子；且

所述含氮单体选自多巴胺、丙烯酰胺、吡咯、丙烯腈、吡啶、氨基甲酸乙酯和苯胺。

15.如权利要求14中所述的方法，其中：

热解在惰性气体下在600℃至1000℃的温度下进行4小时；

用酸或碱除去所述牺牲多孔模板；和

搅拌进行3小时至20小时。