[发明专利]一种铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料及其载硫正极活性材料的制备和应用

权利要求书

1.一种铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料，其特征在于，为由若干模板刻蚀孔构成的具有通孔结构的多孔碳；且所述的多孔碳的碳骨架为硫杂化的无序化碳；且所述的碳骨架中原位弥散分布有活性颗粒；所述的活性颗粒包含石墨化碳以及原位镶嵌在其中的铁硫化物；

所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料通过以下步骤制得：

步骤(1)：将铁源、碳源、SiO₂模板、表面活性剂分散在溶剂中，得到前驱体浆料；随后将该前驱体浆料干燥并碳化，得到铁杂化的局域石墨化碳；二氧化硅模板的粒径为50~500nm的均匀颗粒；铁源、表面活性剂、碳源、二氧化硅模板的重量比为0.1~5：0.1~1：45~50：45~50；碳化温度为800~1200℃；

步骤(2)：对步骤(1)得到的铁杂化的局域石墨化碳进行碱蚀，获得铁杂化的局域石墨化多孔碳；

步骤(3)：将步骤(1)得到的铁杂化的局域石墨化多孔碳和单质硫源在300~800℃的温度下硫化，获得所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料。

2.如权利要求1所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料，其特征在于，所述的模板刻蚀孔为孔径50~500nm；

多孔碳材料比表面积为1000~2500m²/g；

总孔体积为1~5cm³/g；孔容为1.5~3cm³/g；

Id/Ig的比例为0.2~2。

3.如权利要求2所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料，其特征在于，所述的模板刻蚀孔为均匀孔。

4.如权利要求3所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料，其特征在于，形成模板刻蚀孔的模板的粒径偏差≤3%。

5.如权利要求1所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料，其特征在于，铁硫化物为铁缺陷硫化物；

S元素含量为1~10atm%；铁元素含量1~15atm%。

6.一种权利要求1~5任一项所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：将铁源、碳源、SiO₂模板、表面活性剂分散在溶剂中，得到前驱体浆料；随后将该前驱体浆料干燥并碳化，得到铁杂化的局域石墨化碳；二氧化硅模板的粒径为50~500nm的均匀颗粒；铁源、表面活性剂、碳源、二氧化硅模板的重量比为0.1~5：0.1~1：45~50：45~50；碳化温度为800~1200℃；

步骤(2)：对步骤(1)得到的铁杂化的局域石墨化碳进行碱蚀，获得铁杂化的局域石墨化多孔碳；

步骤(3)：将步骤(1)得到的铁杂化的局域石墨化多孔碳和单质硫源在300~800℃的温度下硫化，获得所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料。

7.如权利要求6所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铁源为硝酸铁、乙酸铁、硫酸铁、氯化铁中的一种或几种。

8.如权利要求6所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中表面活性剂为PVP、CTAB、SDS中的一种或几种。

9.如权利要求6所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，碳源为蔗糖、淀粉、聚多巴胺中的一种或几种。

10.如权利要求6所述的铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的碱蚀所采用的碱液为碱金属氢氧化物的溶液；

碱液的浓度为5~10M，刻蚀过程的温度为80~120℃，时间为5~10小时。