[发明专利]一种开放性笼状等级孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种开放性笼状等级孔碳基锂硫电池正极材料，其特征在于，它为硫单质填充的呈开放性笼状3D等级孔结构氮掺杂碳基复合材料，它包括介孔和微孔结构，介孔层层堆积，微孔环绕在介孔壁，介孔和微孔孔孔相连，孔孔贯通，其中介孔孔径在8-20nm，微孔孔径为0.45nm；其制备方法包括如下步骤：

1）将硅溶胶、多巴胺盐酸盐、稀硫酸混合于水中，然后加入十二烷基硫酸钠，超声溶解混合均匀，得混合原料；

2）将步骤1）所得的混合原料进行烘干得固体混合物；

3）将步骤2）所得固体混合物在氩气氛围下进行碳化，然后加入HF溶液进行酸化，搅拌除去SiO₂得开放性笼状等级孔碳材料；

4）将所得开放性笼状等级孔碳材料烘干后与硫单质研磨混合均匀，然后置于高温反应釜中，加热进行保温反应；

5）将步骤4）所得反应产物在氩气氛围下进行吹扫，即得所述开放性笼状等级孔碳基锂硫电池正极材料；

步骤3）中所述碳化温度为700-900℃，碳化时间为4-6h，升温速率为3-5℃/min；

步骤4）中所述烘干温度为40-70℃，研磨时间为10-30min，放置电热恒温鼓风干燥箱，保温反应温度为150~160℃，反应时间为12-24h。

2.权利要求1所述开放性笼状等级孔碳作为高性能锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将硅溶胶、多巴胺盐酸盐、稀硫酸混合于水中，然后加入十二烷基硫酸钠，超声溶解混合均匀，得混合原料；

2）将步骤1）所得的混合原料进行烘干得固体混合物；

3）将步骤2）所得固体混合物在氩气氛围下进行碳化，然后加入HF溶液进行酸化，搅拌除去SiO₂得开放性笼状等级孔碳材料；

4）将所得开放性笼状等级孔碳材料烘干后与硫单质研磨混合均匀，然后置于高温反应釜中，加热进行保温反应；

5）将步骤4）所得反应产物在氩气氛围下进行吹扫，即得所述开放性笼状等级孔碳基锂硫电池正极材料；

步骤3）中所述碳化温度为700-900℃，碳化时间为4-6h，升温速率为3-5℃/min；

步骤4）中所述烘干温度为40-70℃，研磨时间为10-30min，放置电热恒温鼓风干燥箱，保温反应温度为150~160℃，反应时间为12-24h。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶引入的SiO₂、多巴胺盐酸盐、稀硫酸中引入的H₂SO₄的质量比为15:(15~20):(1.5~2.5)。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述开放性笼状等级孔碳材料与硫单质的质量比为1:(2~3)。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述超声时间为30-60min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述烘干温度为60-80℃。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述HF溶液的质量浓度为10-20%，酸化搅拌时间12-24小时。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤5）所述吹扫温度为180-200℃，升温速率3-5℃/min，吹扫时间为2-4h。