硫碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了硫碳复合材料及其制备方法和应用，所述硫碳复合材料的原料包括：氨基取代的氮杂环化合物

【技术实现步骤摘要】
硫碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体地，本专利技术涉及一种硫碳复合材料及其制备方法和应用，更具体地，本专利技术涉及一种硫碳复合材料及其制备方法
、
极片
、
涂层
、
添加剂
、
电极组件
、
电池单体
、
电化学装置
、
用电设备
。

技术介绍

[0002]含硫电池具有理论能量密度高
、
硫资源丰富
、
成本低
、
环境优化等优势，受到广泛关注，以锂硫电池为例，其理论比能量为
2600Whkg
‑1，使得锂硫电池具有广泛的开发应用前景
。
尽管在能量密度和成本方面有突出的优点，但一些问题限制了锂硫电池商业化的发展：硫正极电子电导率低；多硫化物穿梭效应；硫正极在循环过程中的体积变化大等
。
以上问题严重降低了硫的利用率，导致电池容量快速退化
。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，为此，本专利技术实施例提供了一种硫碳复合材料及其制备方法和应用
。
[0004]本专利技术实施例提供了一种硫碳复合材料，所述硫碳复合材料的原料包括：
[0005]原料
A:
氨基取代的氮杂环化合物；
[0006]原料
B:
化合物
I
；
[0007]原料
C:
硫源剂；
[0008]其中化合物
I
的结构式为：
[0009][0010]式
(I)
中，所述
X1为
‑
(CH
＝
CH)m1‑
(C
＝
O)m2‑
R1；
[0011]所述
X2表示任选在邻位
、
间位或对位取代；所述
X2为
‑
(CH
＝
CH)n1‑
(C
＝
O)n2‑
R2；
[0012]所述
m1、
所述
n1各自独立地为0或1，但不同时为0；
[0013]所述
m2、
所述
n2各自独立地为0或1，但不同时为0；
[0014]所述
R
1、
所述
R2各自独立地为
H
，或者是取代或未取代的
C1
‑
C10
烃基
。
[0015]本专利技术实施例中，原料
B
主要作为多孔碳形成的模板，同时原料
B
提供取代的不饱和键和羰基，原料
A
中的氨基和原料
B
中的羰基缩合形成蜂窝状交联导电网络结构
(
多孔碳孔与孔之间连通
)
，原料
B
碳化形成多孔碳，原料
B
中的不饱和键一方面和硫单质
(S8)
开环后形成的
S
自由基链聚合，固定硫，另一方面不饱和键在苯环的作用下，和生成的酰胺键形成共轭，固定
S
的同时抑制了材料膨胀，原料
A
中的
N
杂环对多硫化物吸附作用较强，避免后期
多硫化物穿梭效应
。
整个体系中，
S
会被均匀固定被包裹，避免了
S
的团聚分散不均，整个导电骨架可以固定
S
，氮杂环吸引多硫化物，多孔且连通的碳网络结构导电性好，且多孔结构提升了材料的吸液性
。
硫的共聚物在放电过程中，共聚的硫分子链会不断被切断，产生短链多硫化物，从而缩短了多硫化物的存在时间，加速了反应动力学
。
[0016]在一些实施例中，所述
R1、
所述
R2各自独立地为
H
，或者是一个或多个卤素
、
氰基取代或未取代的
C1
‑
C10
烃基
。
[0017]在一些实施例中，所述卤素为氟
、
氯
、
溴或碘
。
[0018]在一些实施例中，所述
R1、
所述
R2各自独立地为
H
，或者是
C1
‑
C6
烃基
。
[0019]在一些实施例中，所述
R1、
所述
R2各自独立地为
H、
甲基
、
乙基
、
正丙基
、
异丙基
、
正丁基
、
异丁基
、
仲丁基
、
叔丁基
、
正戊基中的一种
。
[0020]在一些优选地实施例中，所述
m1为0，所述
m2为1，所述
n1为1，所述
n2为
0。
[0021]在一些优选地实施例中，所述
X2为邻位取代
。
邻位取代相比于对位和间位更好，分析原因可能是因为邻位更有利于形成共轭体系，使蜂窝多孔碳形貌更均匀
。
[0022]在一些实施例中，所述氨基取代的氮杂环化合物为氨基取代的咪唑类
、
吡啶类
、
吡咯类
、
噻唑类
、
吡唑类
、
嗪类中的一种或多种；优选地，所述氨基取代的氮杂环化合物为氨基取代的均三嗪类对称式氮杂环结构，如三聚氰胺
。
[0023]在一些实施例中，所述硫源剂包括硫化锂
、
硫化钠
、
硫化钾
、
硫化钙
、
硫化锡
、
硫化铝
、
硫化镁
、
硫化铁
、
硫单质中的一种或多种；优选地，所述硫源剂为硫单质，所述硫单质为升华硫
、
结晶硫
、
纳米硫或熔融硫中的一种或多种；更优选地，所述硫源剂为升华硫
。
[0024]在一些实施例中，所述硫碳复合材料是将所述原料
A
与所述原料
B
通过溶剂热法制备得到前驱体材料，然后再将所述前驱体材料与所述原料
C
结合制备得到
。
[0025]在一些实施例中，所述原料
A
与所述原料
B
的摩尔比为
(2
‑
5)
：1；优选地，摩尔比为
(2
‑
4)
：1；更优选地，摩尔比为...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硫碳复合材料，其特征在于，所述硫碳复合材料的原料包括：原料
A:
氨基取代的氮杂环化合物；原料
B:
化合物
I
；原料
C:
硫源剂；其中化合物
I
的结构式为：式
(I)
中，所述
X1为
‑
(CH
＝
CH)m1‑
(C
＝
O)m2‑
R1；所述
X2表示任选在邻位
、
间位或对位取代；所述
X2为
‑
(CH
＝
CH)n1‑
(C
＝
O)n2‑
R2；所述
m1、
所述
n1各自独立地为0或1，但不同时为0；所述
m2、
所述
n2各自独立地为0或1，但不同时为0；所述
R1、
所述
R2各自独立地为
H
，或者是取代或未取代的
C1
‑
C10
烃基
。2.
根据权利要求1所述一种硫碳复合材料，其特征在于，所述
m1为0，所述
m2为1，所述
n1为1，所述
n2为0；和
/
或，所述
X2为邻位取代
。3.
根据权利要求1或2所述一种硫碳复合材料，其特征在于，所述硫碳复合材料为硫和蜂窝状碳的复合材料，蜂窝状碳结构有序
、
孔径分布均匀
、
孔径为
200
‑
300nm
，外侧碳环结构为近六边形的均匀形态，相邻碳孔相互连通，硫均匀地分布在纳米级的碳孔洞结构中
。4.
根据权利要求1所述一种硫碳复合材料，其特征在于，所述
R1、
所述
R2各自独立地为
H
，或者是一个或多个卤素
、
氰基取代或未取代的
C1
‑
C10
烃基；所述卤素为氟
、
氯
、
溴或碘；进一步优选地，所述
R1、
所述
R2各自独立地为
H
，或者是
C1
‑
C6
烃基
。
进一步优选地，所述
R1、
所述
R2各自独立地为
H、
甲基
、
乙基
、
正丙基
、
异丙基
、
正丁基
、
异丁基
、
仲丁基
、
叔丁基
、
正戊基中的一种
。5.
根据权利要求1所述一种硫碳复合材料，其特征在于，所述氨基取代的氮杂环化合物为氨基取代的咪唑类
、
吡啶类
、
吡咯类
、
噻唑类
、
吡唑类
、
嗪类中的一种或多种；优选地，所述氨基取代的氮杂环化合物为氨基取代的均三嗪类对称式氮杂环结构，更优选地，所述氨基取代的氮杂环化合物为三聚氰胺；和
/
或，所述硫源剂包括硫化锂
、
硫化钠
、
硫化钾
、
硫化钙
、
硫化锡
、
硫化铝
、
硫化镁
、
硫化铁
、
硫单质中的一种或多种；优选地，所述硫源剂为硫单质，所述硫单质为升华硫
、
结晶硫
、
纳米硫或熔融硫中的一种或多种；更优选地，所述硫源剂为升华硫
。6.
根据权利要求1所述一种硫碳复合材料，其特征在于，所述硫碳复合材料是将原料
A
与原料
B
通过溶剂热法制备得到前驱体材料，然后再将所述前驱体材料与原料
C
结合制备得到；
进一步优选地，所述原料
A
与原料
B
的摩尔比为
(2
‑
5):1
；更优选地，摩尔比为
(2
‑
4):1
；最优选地，摩尔比为
3:1。
进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：余亮，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：