[发明专利]一种铁、镍掺杂活性炭‑硫材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种铁、镍掺杂活性炭-硫材料，其特征在于：由一定质量比的无机镍盐、无机铁盐和活性炭和硫为原料，通过水热法制得铁、镍掺杂活性炭粉末，再通过液相原位复合法得到未经活化的铁、镍掺杂活性炭-硫材料，最后用熔融法活化获得铁、镍掺杂活性炭-硫材料。

2.根据权利要求1所述的铁、镍掺杂活性炭-硫正极材料，其特征在于：所述无机镍盐、无机铁盐、活性炭和硫的质量比为（1-1.1）:1:（6-7）:（13-14）。

3.根据权利要求1所述的铁、镍掺杂活性炭-硫正极材料，其特征在于：所述无机镍盐为Ni(NO₃)₂^.6H₂O，无机铁盐为Fe(NO₃)₃^.9H₂O。

4. 根据权利要求1所述的铁、镍掺杂活性炭-硫正极材料，其特征在于：所述铁、镍掺杂活性炭-硫材料的硫含量为60~70 %。

5.根据权利要求1所述铁、镍掺杂活性炭-硫正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1）水热法制备铁、镍掺杂活性炭粉末，以一定质量比，将无机镍盐、无机铁盐和活性炭放入烧杯中配置成溶液，再加入N, N-二甲基甲酰胺，进行超声分散得到均匀混合的溶液，转移至反应釜中，在一定条件下反应，然后冷却至室温，洗涤后干燥，得到铁、镍掺杂活性炭粉末；

步骤2）液相原位复合法制备未经活化的铁、镍掺杂活性炭-硫材料，将一定量的硫溶于硫化钠水溶液中，得到多硫化钠的水溶液，然后将步骤1）所得铁、镍掺杂活性炭粉末加入多硫化钠的水溶液，直至碳材料与溶液混合均匀，将稀盐酸溶液以一定速率缓慢滴加入混合均匀的溶液中反应，待反应完全后，将得到分散均匀的悬浊液，然后过滤、干燥得到铁、镍掺杂活性炭-硫材料；

步骤3）铁、镍掺杂活性炭-硫材料的活化，将步骤2）得到的未经活化的铁、镍掺杂活性炭-硫材料，在一定条件下热处理得到铁、镍掺杂活性炭-硫材料。

6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1）无机镍盐、无机铁盐和活性炭的质量比为（1-1.1）:1:（6-7），所述步骤1）的反应条件为120~160 ℃。

7. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2）的硫与步骤1）的活性炭的质量比为（13-14）:（6-7），所述步骤2）的滴加速率为1~2滴/秒，滴加完毕后的反应时间为1~3 h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3）热处理的条件为155℃下保温3～5h，继续升温至290℃保温30~60分钟。

9. 根据权利要求1所述的铁、镍掺杂活性炭-硫正极材料作为锂硫电池正极的应用，其特征在于：当电流密度为167.5 mA/cm²时，首次放电比容量为1000~1100 mAh/g。

10. 根据权利要求1所述的铁、镍掺杂活性炭-硫正极材料作为锂硫电池正极的应用，其特征在于：经100次循环后，比容量衰减至500~550 mAh/g，为首次放电的50 %，平均每次衰减率为0.5%。