[发明专利]卤化物掺杂的碳/硫正极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：包含卤化物晶体、导电碳基材料和单质硫，所述的单质硫和卤化物晶体分散在导电碳基材料中。

2.根据权利要求1所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：卤化物为碱金属卤化物、碱土金属卤化物和过渡金属卤化物可溶盐中的任意一种或多种；

和/或，所述的导电碳基材料选自介孔碳、高分子聚合物、石墨烯、多壁碳纳米管、导电炭黑和碳纳米纤维中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：导电碳基材料为多壁碳纳米管；

和/或，卤化物为钾、钠、锂和锌的卤化物中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料，其特征在于：卤化物为钾的卤化物。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将卤化物溶解于水中，得到溶液；

(2)将油相、表面活性剂、卤化物水溶液混合乳化；

(3)向步骤(2)乳化后的体系中加入导电碳基材料，搅拌微乳液；

(4)在步骤(3)的微乳液体系搅拌的同时水浴加热，干燥后煅烧，得到卤化物掺杂的导电碳基材料；

(5)将升华硫与步骤(4)的卤化物掺杂的导电碳基材料混合，在氮气氛围下煅烧，使升华硫升华扩散，得到卤化物掺杂的碳/硫正极材料。

6.根据权利要求5所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)溶液中卤化物的质量浓度为0.1-10％；

和/或，步骤(2)中油相与表面活性剂体积比为6:1-8:1，磁力搅拌混合；

和/或，步骤(2)中油相为难溶于水且易于挥发的有机溶剂；

和/或，步骤(2)中表面活性剂为曲拉通X-100、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇醚羧酸盐、烷基多苷、醇醚磷酸单酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、辛基苯基聚氧乙烯醚、乙二醇丁醚醋酸酯、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、α-烯基磺酸钠、仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯、羟基合成醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基氧化胺、十六烷基三甲基氯化铵、二硬脂基羟乙基甲基硫酸甲脂铵、硬脂酸甘油酯中的任意一种或几种的混合；

和/或，步骤(2)中混合乳化方法为：在磁力搅拌的过程中，逐渐加入步骤(1)中的卤化物水溶液，形成微乳液体系；

和/或，步骤(3)中卤化物占导电碳基材料质量的0.1-50％；

和/或，步骤(3)中搅拌时间为0.1-100min；

和/或，步骤(4)中水浴加热温度为40-100℃，搅拌0.1-10h，在40-80℃下真空干燥0.5-12h，去除水相和油相；

和/或，步骤(4)中煅烧方法为在管式炉氮气氛围下500-600℃高温煅烧0.5-12h；

和/或，步骤(5)中卤化物掺杂的导电碳基材料的混合物中升华硫的质量百分数为30-90％；

和/或，步骤(5)的煅烧方法为：升华硫与卤化物掺杂的导电碳基材料混合物在管式炉氮气氛围下以5℃/min的升温速度升高至150-600℃维持煅烧0.5-12h，使硫充分升华扩散，最终得到卤化物掺杂的碳/硫复合材料；

和/或，步骤(5)还包括如下步骤：将步骤(4)制得的卤化物掺杂的导电碳基材料与升华硫研磨混合。

7.根据权利要求5所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的油相为环己烷、苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、氯苯、二氯苯、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙酸乙酯和氯酚中的任意一种或几种的混合；

和/或，步骤(2)中还加有助表面活性剂，其中助表面活性剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇、杂醇油和对壬基酚中的任意一种或几种的混合。

8.根据权利要求7所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的制备方法，其特征在于：所述助表面活性剂在乳化体系中的体积比例在10％-20％之间。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的卤化物掺杂的碳/硫正极材料的应用，其特征在于：作为正极材料应用在锂硫电池中。