[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

说明书

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种卤化物掺杂的碳/硫正极材料及其制备方法和应用。卤化物掺杂的碳/硫正极材料，包括卤化物晶体、导电碳和单质硫，卤化物为碱金属、碱土金属和过渡金属的卤化物可溶盐中的任意一种或多种，导电碳基材料优选介孔碳、高分子聚合物、石墨烯、多壁碳纳米管、导电炭黑、碳纳米纤维中的一种或多种，单质硫和卤化物晶体分散在导电碳基材料中。其制备步骤包括先采用微乳液法在碳材料上引入卤化物，再通过硫升华引入单质硫。本发明通过卤化物对碳/硫复合材料的掺杂改性，提高了材料导电性，进而提高锂硫电池的充放电容量和循环稳定性。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种卤化物掺杂的碳/硫正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池凭借高理论比容量、正极硫来源广泛、价格低廉且环境友好等显著优点，成为最有希望大规模应用的化学电源系统之一。

然而锂硫电池本身的缺陷阻碍了它的商业化应用，其中导电性差是影响性能的最重要因素之一。由于碳质材料具有高导电性，且耐腐蚀，引入正极能大幅度提高电导率。Ji等将硫复合到介孔碳CMK-3上(Ji X,Lee KT,Nazar LF.Ahighly ordered nanostructuredcarbon–sulphur cathode for lithium–sulphur batteries.Nature Materials 2009,8(6):500-506.)；Yuan课题组通过热熔融法制备了MWCNT包覆硫正极材料(Yuan L,Yuan H,Qiu X,Chen L,Zhu W.Improvement of cycle property of sulfur-coated multi-walled carbon nanotubes composite cathode for lithium/sulfurbatteries.Journal of Power Sources 2009,189(2):1141-1146.)，都取得了较好的效果。

通过添加剂与碳复合的方法提高导电性，比单纯用碳效果要好。Wang等人用碳纳米空心球支撑合成了C@TiN-S复合材料，提高了导电性，还进一步实现了硫的吸附和催化转化(Yuankun Wang,Ruifang Zhang,Yuan-chao Pang,Xu Chen,Jinxin Lang,Jingjing Xu,Chunhui Xiao,Huanglong Li,Kai Xi,Shujiang Ding.Carbon@titanium nitride dualshell nanospheres as multi-functional hosts for lithium sulfur batteries[J].Energy Storage Materials,2019,16{5})；Du等人在氮掺杂石墨烯中嵌入了单分散钴原子，其作为单原子催化剂能触发多硫化物反应(Du Z,Chen X,Hu W,Chuang C,Xie S,Hu A,Yan W,Kong X,Wu X,Ji H,Wan LJ.Cobalt in Nitrogen-Doped Graphene as Single-Atom Catalyst for High-Sulfur Content Lithium-Sulfur Batteries.J Am ChemSoc.2019Mar 6；141(9):3977-3985.)。

虽然上述改性手段一定程度上缓解了硫导电性差的问题，但导电碳基体与硫之间属于硬连接，缺乏有效的桥联与缓冲，不能充分发挥碳的导电性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：硫正极导电性差，导电碳基体与硫之间缺乏有效的桥联与缓冲。为此我们提出一种卤化物掺杂的碳/硫正极材料及其制备方法和应用。

本发明所采用的技术方案为：

一种卤化物掺杂的碳/硫正极材料，包含卤化物晶体、导电碳和单质硫：

所述的卤化物为碱金属、碱土金属和过渡金属的卤化物可溶盐中的任意一种或多种，优选钾、钠、锂、锌的卤化物，更优选钾的卤化物；