[发明专利]一种基于生物质碳源的锂硫电池正极复合材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种基于生物质碳源的锂硫电池正极复合材料及其制备方法与应用本体，包括基于生物质制备的多孔碳本体，以及原位生长在所述多孔碳本体上的纳米过渡金属磷化物/磷氧化物。所述正极复合材料载硫后能够用于制备锂硫电池的正极。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物质碳源的锂硫电池正极复合材料及其制备方法与应用本体，其特征在于：包括基于生物质制备的多孔碳本体，以及原位生长在所述多孔碳本体上的纳米过渡金属磷化物/磷氧化物；所述正极复合材料载硫后能够用于制备锂硫电池的正极。所述生物质包括废弃玉米秸秆、甘蔗渣、坚果壳、椰壳以及含有糖分(如葡萄糖、蔗糖等)的作物(如鲜甘蔗、甜菜等)汁水等中的一种或几种。生物质具有廉价、来源广泛以及可碳化的优点，其在本发明中除了作为正极导电骨架外，还可以作为纳米过渡金属磷化物/磷氧化物的原位生长点；对生物质的预处理包括清洗、干燥、粉碎、研磨、稀释(针对液态)、水热反应(针对液态)、干燥等步骤中的一种或几种。经过处理后的生物质成为材料合成的前驱体，有利于保证正极复合材料合成的质量和产量。

3.根据权利要求1所述的一种基于生物质碳源的锂硫电池正极复合材料及其制备方法与应用本体，其特征在于：所述多孔碳包括同时含有微孔、介孔和大孔三种孔道结构的片层状、球状、棒状、针状及不规则的碳材，这类的碳材料可以在提供导电作用的同时缓解锂硫电池正极放电过程的体积膨胀问题；所述过渡金属磷化物包括MP、M₂P、M₃P、M₂P₃、M₅P₄，其中M代表不同过渡金属元素；所述过渡金属磷氧化物包括过渡金属的次磷酸、偏磷酸、焦磷酸盐以及分子式为M_xP_yO_z的金属、氧、磷组成的非等比化合物。所述纳米过渡金属磷化物/磷氧化物的成分中应同时包含过渡金属磷化物和磷氧化物中的至少一种；所述过渡金属磷化物中的过渡金属包括铁、钴、镍、铜、锌、锰中的一种或几种；所述纳米过渡金属磷化物/磷氧化物的粒径在10～100nm之间，在本发明中，纳米过渡金属磷化物/磷氧化物的分散性强，有较大的表面积，能够充分与多硫化锂接触，提高催化剂的利用率。

4.一种基于生物质碳源的锂硫电池正极复合材料及其制备方法与应用本体，包括：将生物质预处理后制备的前驱体浸泡在含有过渡金属盐的溶液或过渡金属盐和含磷盐的混合溶液中，与溶液反应后分离出固体产物，然后对该固体产物高温碳化、造孔以及部分气氛处理，即得嵌有纳米过渡金属磷化物的多孔碳复合材料。

5.根据权利要求2所述的一种基于生物质碳源的锂硫电池正极复合材料及其制备方法与应用本体，其特征在于：将生物质预处理后制备的前驱体浸泡在含有过渡金属盐的溶液或过渡金属盐和含磷盐的混合溶液中，与溶液反应后分离出固体产物，然后对该固体产物高温碳化、造孔以及部分气氛处理，即得嵌有纳米过渡金属磷化物的多孔碳复合材料；所述前驱体与含有过渡金属盐的溶液或过渡金属盐和含磷盐的混合溶液的反应温度为20～100℃，时间为6～14h。不同的溶剂和溶质所对应的最优反应温度、时间不一样。以去离子水为溶剂的氯化铁和磷酸氢二铵的混合溶液为例，其较佳的反应条件是在30℃下反应12h。反应时间和反应温度会影响最终产物中碳基体表面生长的纳米过渡金属磷化物/磷氧化物的数量与尺寸大小；所述分离出固体产物的方法包括过滤或离心等；优选地，还包括对过滤后得到的固体产物进行洗涤、干燥的步骤，以除去固体产物中的残留液。可选地，所述洗涤方法包括离心清洗、抽滤清洗等；所述的干燥方法包括鼓风干燥、真空干燥、冷冻干燥、超临界干燥等中的任意一种；所述涉及到气氛处理主要包括磷化处理和还原处理。磷化处理和还原处理主要用于调整过渡金属磷化物与磷氧化物的比例。