[发明专利]富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体、其制法及应用

权利要求书

1. 一种富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体，其特征在于包括碳质内核以及包覆于碳质内核上的富氮碳壳，所述碳质内核的材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维和多孔碳中的任意一种或两种以上的组合，所述富氮碳壳中C元素与N元素的摩尔比为150:1～7:1，所述碳质载体中N元素的含量为0.2at%～0.7at%，所述碳质载体具有原位形成的多孔结构，其所含孔洞的孔径为4nm~30nm，比表面积为80~500m² g^-1。

2.根据权利要求1所述的富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体，其特征在于：所述碳质内核中C元素与N元素的摩尔比为140:1 ～6:1。

3.根据权利要求1所述的富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体，其特征在于：所述碳质内核的直径为10nm～25nm，所述富氮碳壳的厚度为40nm～65nm。

4.根据权利要求1所述的富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体，其特征在于：所述碳质内核的材料选自氮掺杂碳材料，所述氮掺杂碳材料选自氮掺杂碳纳米管和/或氮掺杂石墨烯。

5.权利要求1-4中任一项所述富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体的制法，其特征在于包括：

以含氮聚合物包覆至少一种碳材料，形成具有核壳结构的前驱体，所述含氮聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯腈、聚多巴胺、聚丙烯酰胺中的任意一种或两种以上的组合，所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维和多孔碳中的任意一种或两种以上的组合；

在100℃～500℃的温度条件下对所述前驱体进行碳化处理，形成所述富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体。

6.根据权利要求5所述的制法，其特征在于：所述碳材料选自氮掺杂碳材料，所述氮掺杂碳材料选自氮掺杂碳纳米管和/或氮掺杂石墨烯。

7.一种硫碳复合材料，其特征在于包括：权利要求1-4中任一项所述的富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体，以及，负载于所述碳质载体上的硫；其中，所述硫碳复合材料包含50~90wt%硫。

8.如权利要求7所述硫碳复合材料的制作方法，其特征在于包括：

以含氮聚合物包覆至少一种碳材料，形成具有核壳结构的前驱体，所述含氮聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯腈、聚多巴胺、聚丙烯酰胺中的任意一种或两种以上的组合，所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维和多孔碳中的任意一种或两种以上的组合；

将所述前驱体与硫均匀混合后，依次在保护性气氛中进行熔融硫扩散反应和碳化处理，形成所述硫碳复合材料，所述熔融硫扩散反应的反应温度为150℃～300℃、时间为12h~24h，所述碳化处理温度为100℃～500℃。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述碳材料选自氮掺杂碳材料，所述氮掺杂碳材料包括氮掺杂碳纳米管和/或氮掺杂石墨烯。

10.一种电极材料，其特征在于包含权利要求1-4中任一项所述的富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体和/或权利要求7所述的硫碳复合材料。

11.一种电池正极材料，其特征在于包含权利要求7所述的硫碳复合材料、导电剂和粘结剂。

12.一种化学储能装置，其特征在于包含权利要求1-4中任一项所述的富氮碳壳包覆的纳米核壳结构碳质载体、权利要求7所述的硫碳复合材料、权利要求10所述的电极材料或权利要求11所述的电池正极材料。

13.如权利要求12所述的化学储能装置，其特征在于：所述化学储能装置为锂电池。

14.如权利要求13所述的化学储能装置，其特征在于：所述锂电池为锂硫电池。