[发明专利]氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料、其制法及应用

权利要求书

1.一种氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料，其特征在于包括

主要由氮掺杂石墨烯相互交叠形成有效的三维导电网络，

以及被氮掺杂石墨烯片层均匀包裹的纳米硫颗粒。

2.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料，其特征在于所述氮掺杂石墨烯的含氮量为2~10wt%。

3.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料，其特征在于所述氮掺杂石墨烯的导电率为1000~30000S/m。

4.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料，其特征在于所述复合材料的载硫量为40~85wt%。

5.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料，其特征在于所述纳米硫颗粒的粒径为10~50nm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料，其特征在于所述复合材料在应用为锂硫电池正极材料时，0.2C倍率下放电容量在1200mAhg-1以上，1C倍率下放电容量在1000mAhg-1以上，2C倍率下放电容量在800mAhg-1以上，5C倍率下放电容量在600mAhg-1以上。

7.根据权利要求1-5中任一项所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料，其特征在于所述复合材料在应用为锂硫电池正极材料时，2C倍率下2000个循环以内，每个循环的容量衰减速率在0.028%以下。

8.权利要求1-7中任一项所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料的制法，其特征在于包括：将氮掺杂石墨烯分散于至少含有硫源及酸的液相反应体系中，通过硫源与酸的原位化学反应沉积纳米硫颗粒，从而制得所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫颗粒复合材料。

9.根据权利要求8所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料的制法，其特征在于包括：

a、通过Hummer法制备氧化石墨烯的水分散液，并冷冻干燥获得氧化石墨烯粉末；

b、将所述氧化石墨烯粉末置于保护性气氛中，并通入氮源气体与所述氧化石墨烯粉末反应，从而获得所述氮掺杂石墨烯。

10.根据权利要求8所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料的制法，其特征在于步骤b包括：

将所述氧化石墨烯粉末置于封闭反应环境中，并通入保护性气体形成保护性气氛，再以1~100毫升/分钟的流速通入氮源气体，并将该封闭反应环境的温度在2h内升至600℃~950℃，使所述氮源气体与所述氧化石墨烯粉末充分反应，从而获得所述氮掺杂石墨烯。

11.根据权利要求8所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料的制法，其特征在于所述氮源气体包括氨气或氨气与保护性气体的混合气体，所述保护性气体包括氩气或氮气。

12.根据权利要求8所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料的制法，其特征在于所述硫源包括含硫金属盐，所述含硫金属盐至少选自硫化钠、多硫化钠、硫代硫酸钠中的任一种，所述酸至少选自盐酸，硫酸，甲酸，二甲酸，磷酸，硝酸和乙酸的任一种。

13.根据权利要求8或12所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料的制法，其特征在于所述原位化学反应的反应温度为-10℃~60℃。

14.权利要求1-13中任一项所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料在制备锂硫电池中的应用。

15.一种锂硫电池，包括正极、负极和电解质，其特征在于所述正极包含权利要求1-12中任一项所述的氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料。

16.根据权利要求15所述的锂硫电池，其特征在于所述正极不含除所述氮掺杂石墨烯包覆纳米硫正极复合材料之外的导电添加剂。