[发明专利]硫碳复合物及其制备方法、含有该硫碳复合物的电极材料和锂硫电池

权利要求书

1.一种用于锂硫电池的硫碳复合物，其特征在于：包括碳纳米颗粒、加载于 所述碳纳米颗粒中的硫和分散于所述碳纳米颗粒中的二氧化硅模板剂，其中所 述碳纳米颗粒为多孔结构，所述二氧化硅模板剂分散于所述碳纳米颗粒中，所 述硫部分填充于所述碳纳米颗粒的孔中，其余分散于所述碳纳米颗粒的表面。

2.根据权利要求1所述的硫碳复合物，其特征在于：按质量百分数计，所述 硫含量为所述硫碳复合物的40％～70％，所述二氧化硅模板剂占所述硫碳复合物 的0.3％～3％。

3.根据权利要求1所述的硫碳复合物，其特征在于：所述碳纳米颗粒的直径 为1～20nm，比表面积为20～3000m²/g，平均孔径大小为2～50nm。

4.一种用于锂硫电池的硫碳复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供碳纳米颗粒，且所述碳纳米颗粒中分散有二氧化硅模板剂；

2)加载硫至所述碳纳米颗粒，即得所述硫碳复合物，其中，按质量百分数 计，所述二氧化硅模板剂占所述硫碳复合物的0.3％～3％。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米颗粒的制备方 法如下：11)提供纳米Na-X沸石的水悬浮液，向其中滴加强酸直至所述水悬浮 液变澄清，得水溶液；

12)将所述水溶液与酚醛树脂的乙醇溶液混合后，再与浓氨水反应，反应 完成后蒸干溶剂，得到碳纳米前驱体和模板剂的混合物；

13)将所述碳纳米前驱体和模板剂的混合物在保护气氛中碳化，得到初级 碳纳米颗粒；

14)对所述初级碳纳米颗粒进行酸洗，至其中残留有占所述模板剂总量 1wt％～5wt％的所述二氧化硅模板剂，即得所述碳纳米颗粒。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所 述加载硫至所述碳纳米颗粒具体为将硫源与所述碳纳米颗粒混合后，在保护气 氛下于120～190℃共热10～30h，即得所述硫碳复合物。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤13)中，所述 碳化温度为800～1500℃，所述碳化时的升温速率为1～10℃/min。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤14)中，所述 酸洗为依次用盐酸和氢氟酸清洗所述碳纳米颗粒，以除去碳纳米颗粒中的模板 剂。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤12)中，所述 酚醛树脂的乙醇溶液中酚醛树脂的含量，按质量百分数计为1％～5％。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤11)中，所述 强酸为盐酸、硫酸或硝酸中的一种，且所述强酸的浓度≥0.06M。

11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述纳米级Na-X沸石的 尺寸为10～100nm。

12.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述纳米级Na-X沸石 为按摩尔比例(7～12)NaOH:2NaAlO₂:(3～5)Si(OC₂H₅)₄:(180～200)H₂O将偏铝酸钠 溶液、正硅酸乙酯溶液、氢氧化钠和水混合后反应制得。

13.一种锂硫电池的电极材料，其包括如权利要求1～3任一项所述的硫碳复 合物或权利要求4～12任一项所述制备方法制备的硫碳复合物。

14.一种锂硫电池，其包括如权利要求1～3任一项所述的硫碳复合物或权利 要求4～12任一项所述制备方法制备的硫碳复合物。