【技术实现步骤摘要】
本公开涉及锂电池材料，尤其涉及一种用于锂电池负极的材料、以及包含其的负极极片、锂电池以及电子装置。
技术介绍
1、锂离子电池自1991年被商业化以来，其能量密度从最开始的80wh/kg 发展到如今250wh/kg，尽管锂离子电池的能量密度已经翻了几倍，然而，随着科技和人类生活水平的提高，大量涌现的智能移动设备对电池的容量要求越来越高。中国大力发展新能源汽车，而新能源汽车的核心部件之一为锂离子电池，其价值更是占到了整车的40％。然而，锂离子电池除安全外，其各项性能指标更是制约着新能源汽车的发展，例如能量密度，功率密度，普遍认为，新能源汽车要想完全媲美燃油车，其一次充电可行驶的里程应达到800km。
2、受限于目前电池的正负极体系磷酸铁锂正极和石墨负极，电动汽车的续航能力远不及人们的需求，因此开发寻找更高能量密度体系的电池具有重要意义。锂金属电池因具有理论上更高的能量密度，被认为是下一代高能量密度电池的最优选择之一。然而锂金属电池的循环寿命以及商业化应用严重受到锂负极锂枝晶生长的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本公开提供了一种多孔碳包覆硫的复合材料，其可用于负极活性材料或正极活性材料中，通过对负极集流体的改性，提升负极集流体和锂金属的亲和能力，用来改善锂枝晶生长的现象，从而提升锂金属电池的循环寿命与安全性能。
2、本公开提供了一种多孔碳包覆硫的复合材料，其中，所述材料为具有含碳层包覆含硫层的中空复合结构的颗粒，所述颗粒的粒径为600-1000
3、在本公开内容的一个方面，其中，所述含碳层的厚度选自150-250nm，所述含硫层的厚度选自100-500nm，所述多孔碳的孔径范围选自10-50nm，比表面积选自100-500m2/g。
4、在本公开内容的一个方面，其中，所述含碳层的厚度优选为150-250nm；更优选为200nm。
5、本公开提供了一种多孔碳包覆硫的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6、(i)制备包含含硫化合物的前驱体；
7、(ii)使用高分子聚合物将所述前驱体进行包覆，形成高分子聚合物包覆前驱体的颗粒；
8、(iii)将所述高分子聚合物包覆前驱体的颗粒碳化，形成含碳层包覆前驱体的颗粒；
9、(iv)将所述碳包覆前驱体的颗粒中的含硫化合物通过氧化还原反应形成硫，形成所述多孔碳包覆硫的复合材料。
10、在本公开内容的一个方面，其中，所述含硫化合物为硫化锌，所述高分子聚合物选自酚醛树脂、壳聚糖、聚苯胺、聚吡咯中的至少一种。
11、在本公开内容的一个方面，其特征在于，包括以下步骤：
12、(i)将硫化锌加入第一溶剂中，并分散；向所述第一溶剂中加入聚丙烯酸，得到所述前驱体；
13、(ii)将所述前驱体分散至第二溶剂中；向所述第二溶剂中加入苯酚或苯酚的衍生物，以及醛类化合物，得到包含所述高分子聚合物包覆前驱体的颗粒的悬浊液；
14、(iii)将所述悬浊液离心并洗涤，然后将所得物干燥并碳化，得到所述含碳层包覆前驱体的颗粒；
15、(iv)配置第一混合溶液，将所述含碳层包覆前驱体的颗粒加入所述第一混合溶液中，在90-110℃下反应，得到所述多孔碳包覆硫的复合材料。
16、在本公开内容的一个方面，其中，所述苯酚的衍生物为1,3苯二酚，所述醛类化合物为甲醛，所述1,3苯二酚和所述甲醛的摩尔量之比为1:1至1：1.1；所述第一混合溶液为氯化铁溶液和盐酸的混合溶液、或硝酸铁和硝酸的混合溶液中的一者。
17、在本公开内容的一个方面，其特征在于，包括以下步骤：
18、(i)将硫化锌加入水中，并分散；
19、(ii)向(i)中的水中加入聚丙烯酸，然后分散并洗涤干燥，得到所述前驱体；
20、(iii)将所述前驱体分散至水中，并分散；
21、(iv)向(iii)中的水中，加入1,3苯二酚、甲醛和氨水，得到包含所述高分子聚合物包覆前驱体的颗粒的悬浊液；
22、(v)将所述悬浊液离心并洗涤，然后将所得物干燥，然后在氮气条件下，在600-800℃下碳化，得到所述含碳层包覆前驱体的颗粒；
23、(vi)配置含有氯化铁溶液和盐酸的第一混合溶液，将所述含碳层包覆前驱体的颗粒加入所述第一混合溶液中，在90-110℃下反应，经洗涤干燥后得到所述多孔碳包覆硫的复合材料。
24、本公开提供了一种负极极片，其中，所述负极极片包括负极集流体，所述负极集流体上涂覆有上述负极材料。
25、本公开提供了一种锂金属电池，所述锂金属电池包含上述负极极片，所述锂金属电池还包含正极和电解液。
26、本公开提供了一种电子装置，所述电子装置包含上述锂金属电池。
27、在本公开内容的一个方面，所述含硫层由单质硫构成，所述单质硫具有硫的典型晶体特征。
28、在本公开内容的一个方面，所述第一溶剂和第二溶剂为水。
29、在本公开内容的一个方面，在制备所述前驱体时，除含硫化合物外，还需要使用高分子聚合物，优选为聚丙烯酸、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠。
30、在本公开内容的一个方面，所述聚丙烯酸与所述含硫化合物共同形成前驱体。
31、在本公开内容的一个方面，所述碳化也可以在氩气环境下进行。
32、在本公开内容的一个方面，所述氧化还原反应为原位氧化法。
33、在本公开内容的另一个方面，所述氧化还原反应的时间为4-18小时。
34、在本公开内容的一个方面，其特征在于，包括以下步骤：
35、步骤(1a)：将硫化锌分散在水中，并搅拌；
36、步骤(2a)：向步骤(1a)的水中加入聚丙烯酸，搅拌并洗涤，烘干后得到前驱体；
37、步骤(3a)：将上述得到的前驱体重新分散至水中，并搅拌；
38、步骤(4a)：向步骤(3a)的水中加入1,3-苯二酚、甲醛以及氨水，在室温下搅拌，得到包含酚醛树脂包覆前驱体的悬浊液；
39、步骤(5a)：将悬浊液离心后洗涤三次，得到的沉淀物，将所述沉淀物干燥，得到酚醛树脂包覆前驱体的颗粒；
40、步骤(6a)：将得到的酚醛树脂包覆硫化锌的颗粒在氮气条件下，在600-800℃下碳化，冷却后得到含碳层包覆前驱体的颗粒；
41、步骤(7a)：配置fecl3和hcl的第一混合溶液，将含碳层包覆前驱体的颗粒加入到第一混合溶液中，在90-110℃下反应，经洗涤干燥后得到所述具有含碳层包覆含硫层的具有中空复合结构的材料。
42、在本公开内容的另一个方面，所述硫本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔碳包覆硫的复合材料，其中，所述复合材料具有含碳层包覆含硫层的中空复合结构的颗粒，所述颗粒的粒径为600-1000nm；所述含碳层的厚度选自100-500nm；所述含硫层的厚度选自50-550nm；所述含碳层由多孔碳组成，所述多孔碳的孔径范围选自2-100nm，所述多孔碳的比表面积选自50-500m2/g。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述含碳层的厚度选自150-250nm，所述含硫层的厚度选自100-500nm，所述多孔碳的孔径范围选自10-50nm，比表面积选自100-500m2/g。
3.一种根据权利要求1或2所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述含硫化合物为硫化锌，所述高分子聚合物选自酚醛树脂、壳聚糖、聚苯胺、聚吡咯中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述苯酚的衍生物为1,3苯二酚，所述醛类化合物为甲醛，所述1,3苯二酚和所述甲醛的摩尔量之比为1:1至
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.一种负极极片，其中，所述负极极片包括负极集流体，所述负极集流体上涂覆有根据权利要求1或2所述的材料。
9.一种锂金属电池，所述锂金属电池包含根据权利要求8所述的负极极片，所述锂金属电池还包含正极和电解液。
10.一种电子装置，所述电子装置包含根据权利要求9所述的锂金属电池。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔碳包覆硫的复合材料，其中，所述复合材料具有含碳层包覆含硫层的中空复合结构的颗粒，所述颗粒的粒径为600-1000nm；所述含碳层的厚度选自100-500nm；所述含硫层的厚度选自50-550nm；所述含碳层由多孔碳组成，所述多孔碳的孔径范围选自2-100nm，所述多孔碳的比表面积选自50-500m2/g。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述含碳层的厚度选自150-250nm，所述含硫层的厚度选自100-500nm，所述多孔碳的孔径范围选自10-50nm，比表面积选自100-500m2/g。
3.一种根据权利要求1或2所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述含硫化合物为硫化锌，所述高分子聚合物选自酚醛树脂、壳聚糖、聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗静茹，
申请(专利权)人：蔚来汽车科技安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：
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