[发明专利]一种碳和硫化物复合电极材料的微腔内液态硫化制备方法

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种碳和硫化物复合电极材料的微腔内液态硫化制备方法。先通过多巴胺聚合及热处理在基体表面包覆碳层，然后通过刻蚀手段部分除去内部材料，再通过高温下液态硫在微腔内对核材进行硫化得到蛋黄‑蛋壳结构的碳和硫化物的复合电极材料。本发明微腔内硫化的方法使每个预硫化颗粒彼此在自己的封闭空间各自硫化，避免了硫化过程中的团聚现象，同时核壳之间的空隙可以缓冲内部材料在硫化过程中大的体积膨胀，避免碳材料结构的破坏。

技术领域：

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种碳和硫化物复合电极材料的微腔内液态硫化制备方法。

背景技术：

对前驱体进行硫化制备硫化物电极材料的方法有多种(如水热法、热处理等)，而且硫源种类也多种多样(如硫化氢气体、硫代乙酰胺、硫化钠等)。但是上述硫化方法普遍成本较高，而且很多硫化方法具有毒性，对环境和人类健康会有潜在的危害，所以急需开发一种新型、高效、低成本、安全环保的硫化方法。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是现有的硫化方法普遍成本较高，很多硫化方法甚至具有毒性，对环境和人类健康会有潜在的危害，所以急需一种新的硫化方法，来降低成本，同时避免不良反应的发生。

为解决上述问题，本发明通过提供一种普遍适用的硫化方法，先通过多巴胺聚合及热处理在基体表面包覆碳层，然后通过刻蚀手段部分除去内部材料，再通过高温下液态硫在微腔内对核材进行硫化得到蛋黄-蛋壳结构的硫化物与碳的复合材料。

这种微腔内硫化的方法使每个预硫化颗粒彼此在自己的封闭空间各自硫化，避免了硫化过程中的团聚现象，同时核壳之间的空隙可以缓冲内部材料在硫化过程中大的体积膨胀，避免碳材料结构的破坏。

为达到上述目的，本发明具体通过以下技术手段实现，一种碳和硫化物复合电极材料的微腔内液态硫化制备方法，先通过多巴胺聚合及热处理在基体表面包覆碳层，然后通过刻蚀手段部分除去内部材料，再通过高温下液态硫在微腔内对核材进行硫化得到蛋黄-蛋壳结构的碳和硫化物的复合电极材料。

进一步的，步骤1为用聚多巴胺包覆基体：取基体材料通过超声的方法均匀分散在100ml tris缓冲溶液中；然后将50mg盐酸多巴胺倒入上述溶液继续搅拌4小时，离心清洗得到聚多巴胺(PDA)包覆的基体材料，基体的材料可以是氧化亚铜、氧化锡、氧化铁、氧化钴、MOF等。包覆过程中基体和盐酸多巴胺的量可调，基体的量根据实际需要选择，多巴胺的量根据需要碳层的厚度选择，但是要适中，多巴胺过多除了会在基体表面聚合，还会自聚合成球。

进一步的，步骤2为热处理：将步骤1得到的产物在在惰性气氛下500℃进行热处理3小时，PDA碳化，得到基体和碳的核壳结构。

进一步的，步骤3为刻蚀：选取特定的刻蚀溶液对内部材料进行部分刻蚀，得到的产物离心清洗，在70℃下干燥，得到基体@碳的蛋黄-蛋壳结构材料。刻蚀溶液具体的选取以能刻蚀核材的溶液即可。

进一步的，步骤4为硫化：如图2所示，将基体@碳的蛋黄-蛋壳结构材料放于小磁舟底部，上面覆盖满硫粉，在惰性气氛下进行热处理，高温下硫粉变成液态硫，对内部材料进行液态硫化；然后延长热处理时间使得多余硫挥发完全；硫化后得到硫化物和碳的蛋黄蛋壳结构。

进一步的，热处理的条件为300-500℃保温1-5h。

一种上述方法制备的蛋黄-蛋壳结构的碳和硫化物的复合电极材料，碳壳将硫化物包裹在不同的微腔内，每个微腔内的充放电反应是相互独立的，体积膨胀也发生在微腔内部，每个碳盒子作为一个整体对外没有显著的体积膨胀。