[发明专利]一种硫/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种硫/碳复合材料及其制备方法和应用。利用本发明所述的制备方法制备得到的硫/碳复合材料以空心碳纳米管复合空心碳纳米球的特殊结构作为硫的载体，有效的增强了硫/碳复合材料的导电性，缩短了其作为正极材料在充放电过程中的离子传输路径，加快了电子的传输，提高了电化学的循环稳定性；且所述制备方法简单，成本低。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种硫/碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池是目前最有前途的可充电电池之一，已被视为替代当前商用锂离子电池的下一代储能系统。由于其具有1675mA·h·g^-1的高理论比容量和2600W·h·kg^-1的高能量密度，且成本低，环境友好等优点，引起人们的高度关注。但是，锂硫电池在实际应用的道路上仍然面临着严峻的挑战：(1)由于硫固有的绝缘性质，使其反应动力学缓慢，并且最终放电产物(Li₂S)覆盖在活性物质表面降低了硫的利用率；(2)循环过程中由于硫和Li₂S密度差而引起的体积变化大(高达80％)，导致电极开裂以及活性物质的消耗；(3)高溶解性多硫化锂扩散引起的穿梭效应，导致容量快速衰减和严重的自放电。

为了克服上述问题，科学家们已经做出了各种努力，包括电池结构的设计，载体材料的引入以及固态电解质的开发等。在这些策略中，硫载体材料的设计和制备是最受欢迎的策略，近年来得到了广泛的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫/碳复合材料及其制备方法和应用，所述制备方法制备得到的硫/碳复合材料，其空心碳纳米管复合空心碳纳米球的特殊结构作为硫的载体，有效的增强了硫/碳复合材料的导电性，缩短了其作为正极材料在充放电过程中的离子传输路径，加快了电子的传输，提高了电化学的循环稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种硫/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将正硅酸四丙酯和混合溶剂进行第一混合，得到第一混合液；

将间苯二酚、甲醛、聚吡咯管和所述第一混合液进行第二混合，发生水解缩合反应，得到聚吡咯/空心碳纳米球中间产物；所述聚吡咯/空心碳纳米球中间产物包括聚吡咯、二氧化硅和RF聚合层；所述RF聚合层为间苯二酚和甲醛的聚合层；所述二氧化硅和RF聚合层构成核壳结构，所述核壳结构的核为二氧化硅，所述核壳结构的可为二氧化硅与RF聚合层形成的复合物；所述聚吡咯与所述核壳结构中的RF聚合层复合；

将所述聚吡咯/空心碳纳米球中间产物进行碳化后，去除SiO₂，得到聚吡咯/空心碳纳米球；

将硫粉与所述聚吡咯/空心碳纳米球混合后，进行热处理，得到所述硫/碳复合材料；

所述混合溶剂包括乙醇、氨水和去离子水。

优选的，所述氨水的物质的量浓度为9.5～11.1mol/L；

所述乙醇、氨水和去离子水的体积比为(70～210)：(3～9)：(10～30)；

所述正硅酸四丙酯与所述乙醇的体积比为(3～11)：(70～210)。

优选的，所述间苯二酚、甲醛和聚吡咯管的质量比为(0.4～1.2)：(0.6～1.7)：(0.1～0.3)；

所述间苯二酚的质量与所述正硅酸四丙酯的体积比为(0.4～1.2)g：(3～11)mL。

优选的，所述水解缩合反应的时间为24～48h。

优选的，所述碳化在惰性保护气氛中进行；

所述碳化的温度为600～800℃，所述碳化的时间为5～9h。