[发明专利]一种富硼蛋壳型的锂硫电池正极材料、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种富硼蛋壳型的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的锂硫电池正极材料为富硼蛋壳结构，其中蛋核为硫单质，外壳为富硼中空碳壳c；所述富硼中空碳壳c的直径为100～300nm，富硼中空碳壳c的表面富含直径为10～50nm的介孔，富硼中空碳壳c壳厚为50～100nm；所述富硼中空碳壳c与硫单质蛋核之间存在内部空隙，内部空隙的体积占球壳内部空间体积的15～50％；所述富硼蛋壳型的锂硫电池正极材料的制备方法包括以下步骤：

第一步，制备二氧化硅模板a

室温下，将氨水、乙醇和去离子水按1～5:30～40:10～20的体积比例混合均匀后，加入3～5ml的硅酸四乙酯，在30～40℃的条件下反应1～1.5h，得到混合液A；

向混合液A中继续加入3～5ml的硅酸四乙酯和等体积十八烷基三甲基硅烷，搅拌反应1～3h后，室温下保持3～5h，得到混合液B；混合液B离心，固体洗涤、干燥、煅烧后得到二氧化硅模板a；

第二步，制备掺硼包覆二氧化硅的核壳结构b：

配制质量分数为15～20％的硼酸水溶液，超声处理后将果糖、浓硫酸、第一步得到二氧化硅模板a按照7：1：7的比例混合加入硼酸水溶液中，超声反应1～3h，得到混合液C；

将混合液C置于油浴锅中，依次在100～150℃下加热12h～15h，在160℃～180℃下加热12h～15h；再将硼酸、D-果糖、浓硫酸和去离子水按照10：10：1：60的比例混合后加入混合液C中，并依次在100～150℃下加热12h～15h，在160℃～180℃下加热12h～15h得到混合液D；

混合液D冷却至室温后离心、洗涤、干燥后得到掺硼包覆二氧化硅的核壳结构b；

第三步，制备富硼中空碳壳c

将第二步制备的核壳结构b从室温升温至800～1200℃，并在惰性气氛保护下碳化4～6h，得到碳化产物；用5～10M的NaOH溶液将碳化产物在80～150℃温度下刻蚀6～10h，并用去离子水洗涤至pH值不变，过滤，干燥得到中空的富硼中空碳壳c；

第四步，制备富硼中空碳壳-二氧化锰的共掺杂结构d：

将富硼中空碳壳c、高锰酸钾按1：25～30的质量比混合均匀，分散到去离子水中，磁力搅拌使二者充分接触；加入中空碳壳5倍质量的浓硫酸，搅拌30～50min，得到混合液E；将混合液E置于80～100℃的油浴锅中加热1～3h，将加热后的混合液E离心，固体洗涤、干燥后得到富硼中空碳壳-二氧化锰的共掺杂结构d；

第五步，制备富硼中空碳壳-二氧化锰的共掺杂结构-硫复合的蛋壳结构的正极材料

将升华硫与富硼中空碳壳-二氧化锰的共掺杂结构d按1：1～4的质量比混合均匀，密封于安瓿瓶中，在真空、155～160℃条件下热处理10h～12h；再升温至300～350℃下热处理2～3h，得到锂硫电池正极材料。

2.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第一步中的氨水质量分数为15％～25％。

3.根据权利要求1或2所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第一步中煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为4～7h。

4.根据权利要求1或2所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中升温速率为3～5℃min^-1。

5.根据权利要求3所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中升温速率为3～5℃min^-1。

6.根据权利要求1或2或5所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中惰性气氛为氮气或氩气。

7.根据权利要求3所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中惰性气氛为氮气或氩气。

8.一种权利要求1所述的富硼蛋壳型的锂硫电池正极材料的制备方法应用于锂硫电池领域，用于制备锂硫电池正极。