CN104518218B - 一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用 - Google Patents

一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN104518218B
CN104518218B CN201310454424.0A CN201310454424A CN104518218B CN 104518218 B CN104518218 B CN 104518218B CN 201310454424 A CN201310454424 A CN 201310454424A CN 104518218 B CN104518218 B CN 104518218B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
template
hole
acid
carbon material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310454424.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104518218A (zh
Inventor
张益宁
张华民
王美日
李婧
马艺文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201310454424.0A priority Critical patent/CN104518218B/zh
Publication of CN104518218A publication Critical patent/CN104518218A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104518218B publication Critical patent/CN104518218B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用，所述碳材料所述碳材料由颗粒粒径为1‑30um的碳颗粒混合组成，碳颗粒本身呈由碳片层构成的类蜂窝状多孔结构，碳材料中碳颗粒的孔容为0.5～5cm3/g；碳颗粒内部包括两种孔，一种是由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔，另一种是均匀分布于碳片层孔壁内的孔；交错贯通孔主要为孔径范围为5～90nm的孔，其占贯通孔体积的80%以上；碳片层厚度为2～50nm；孔壁内的孔主要为孔径范围为1～10nm的孔，占孔壁内孔体积的90%以上。将该碳材料用于锂‑亚硫酰氯电池正极中，可最大限度地提高碳材料在放电过程中的空间利用率，有效提高电池的能量密度及功率密度。

Description

一种多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用
技术领域
本发明属于一次电池领域，具体涉及一种碳材料在锂-亚硫酰氯电池中的应用。
背景技术
锂-亚硫酰氯电池除具有锂电池的电压高、能量大、放电平台稳定等优点而被广泛应用外,还因其工作温度范围宽、贮存寿命长而在某些特殊领域受到更多重视。锂-亚硫酰氯电池虽然比其他几种锂电池商品化要晚,但已成为当今世界上生产的主要锂电系列。该电池负极为金属Li，正极采用多孔碳材料制备，电解液通常采用LiAlCl4作为溶剂，SOCl2作为溶剂，同时SOCl2作为活性物质吸附在正极中。电池表达式为：(-)Li|SOCl2-LiAlCl4|SOCl2(C)(+)。
放电过程中，负极金属锂被氧化为锂离子，而正极中，SOCl2被还原，其产物为S和LiCl。正极放电产物均不溶于电解液，沉积占据电极孔道直至放电结束。因此，作为电化学反应发生的场所，碳材料孔结构物性参数，如：比表面积、孔容、孔径分布对电池性能，尤其是放电容量具有重要的影响。
电池放电过程中，固体产物沉积对电极孔道的占据势必影响锂离子在其中的传输，进而增大离子传输电阻，特别是在放电末期，严重制约电极反应的进行，从而成为降低电极空间利用率的关键因素。因此，为了避免电极孔道的过度堵塞，通常可采用富含大孔结构的碳材料，例如乙炔黑。然而，该材料比表面积较低，而材料的比表面积直接决定了其电化学反应界面的大小，因此不利于电池的大电流放电性能；同时，其孔容也较小，从而不利于获得较高的放电容量。另一方面，当采用具有较大比表面积和孔容的碳材料，如科琴黑，此时由于其所含大孔比例较低，因此电极孔道在放电过程中极易堵塞，因此，不适宜应用于锂-亚硫酰氯电池。
由此可见，传统的颗粒型碳材料，由于其孔道空间主要由颗粒间空隙构建，较大的颗粒粒径有利于获得较大的孔径，但其比表面积和孔容却较低；另一方面，虽然较小的颗粒粒径可获得较大的比表面积和孔容，但其大孔含量却较低。因此，采用该类型孔结构的碳材料无法在高比表面积，高孔容与大孔间实现平衡。
因此，为了解决这一问题，需要从材料的孔形成机制方面进行突破。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多级孔分布的碳材料在锂-亚硫酰氯电池中的应用。
构成该碳材料的碳颗粒具有类蜂窝状的孔结构，其颗粒尺寸为1-30um，优选范围为1-10um，其颗粒间间隙可用作大孔锂离子传输通道；同时，其内部由碳片层构建交错贯通的产物沉积孔道，其孔径范围主要集中于5～90nm，优选范围为10-60nm，具体值可通过调控碳材料制备工艺参数实现，较小的孔径可在颗粒内部形成较大的比表面积和孔容。因此，通过采用该结构的碳材料，可有效解决传统结构碳材料所面临的问题，实现高比表面积，高孔容与大孔构建间的平衡。
本发明所述碳材料孔容为0.5～5cm3/g；碳颗粒内部除了由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔之外，还存在均匀分布于碳片层孔壁内的孔，其孔径范围主要集中于1～10nm，这部分孔的参数主要取决于碳材料制备过程中所采用的碳源，所述的碳片层厚度为2～50nm。碳片层其表面还可原位掺杂催化组分，包括N、B、O、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上，采用X射线光电子能谱检测，检测范围内催化组分占检测范围所有元素的物质的量比例为0.1～10%。将该材料用于制备锂-亚硫酰氯电池正极，正极材料组成成份包括碳材料和粘结剂，其中碳材料质量含量为70%～95%；所述的粘结剂为，聚四氟乙烯，聚乙烯醇，聚偏氟乙烯，羧甲基纤维素钠，聚烯烃，丁苯橡胶，氟化橡胶，聚氨酯中的一种或多种。
该碳材料制备主要采用模板法实现，也可与金属盐催化活化或发泡法结合。具体过程如下：
将碳前驱物和模板溶于去离子水或有机溶剂中，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化气体为N2或/和Ar，碳化温度范围在500～1700℃，优选范围为600～1100℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板，经过滤、干燥，即得多孔碳材料。
其中所述碳前驱物包括以下中的一种或二种以上：
（1）低分子的糖类，包括蔗糖、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇；
（2）小分子的有机物，包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯；
（3）高分子聚合物，包括中间相沥青、聚乙二醇、苯酚甲醛树脂或间苯二酚甲醛树脂、聚苯胺、聚吡啶、三聚氰胺。
所述模板为SiO2溶胶、沸石、Al2O3、介孔SiO2、氧化镁、醋酸镁、葡萄糖酸镁、氧化铜、氧化锌、氧化亚铁、三氧化二铁、碳酸钙、碳酸镁、四氧化三铁、二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、三氧化钼、三氧化二钒、氧化钛纳米粉体、金属镍氢氧化物、金属铁氢氧化物、金属镁的氢氧化物、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或多种，其中模板粒径尺寸范围在5～8000nm，优选范围为5-500nm。
当与金属盐催化活化法结合时，其过程如下：
将碳前驱物溶于去离子水或有机溶剂中，然后添加金属盐或金属氢氧化物继续溶解分散，再加入模板溶解分散，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化温度范围在500～1700℃，优选范围为600～1100℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板和金属盐或金属氢氧化物，经过滤、干燥，即得多孔碳材料；
金属盐或金属氢氧化物前驱体含Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上；金属盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐、乙酰丙酮化物、或大环络合物及卟啉化物、酞箐化物中的一种或二种以上。其中，金属盐或金属氢氧化物与模板的质量百分比范围为1～15%。
当与发泡法结合时，其过程如下：
将碳前驱物、模板和发泡剂溶于去离子水或有机溶剂中，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化气体为N2或/和Ar，碳化温度范围在500～1700℃，优选范围为600～1100℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板，经过滤、干燥，即得多孔碳材料，其中发泡剂与碳前驱物的质量百分比范围在5～100%，优选范围为10～70%。
其中，发泡剂为柠檬酸、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、碳酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚中的一种或两种以上。
碳材料制备过程中，模板与碳前驱物的质量百分比为600～10%；碳前驱物在去离子水或有机溶剂中的浓度为0.05～0.4g/ml；有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或二种以上；去除模板使用的酸溶液为0.5～3M盐酸、硫酸、硝酸或氢氟酸，碱溶液为0.5～3M氢氧化钠溶液。
将该材料用于制备锂-亚硫酰氯电池正极，锂-亚硫酰氯电池正极材料组成成份包括碳材料和粘结剂，其中碳材料质量含量为70%～95%；所述的粘结剂为聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚烯烃、丁苯橡胶、氟化橡胶、聚氨酯中的一种或两种以上。
以粘结剂为聚四氟乙烯为例，可按如下过程实现：
将碳材料与粘结剂（质量分数为5%的聚四氟乙烯乳液）共混于溶剂中，得到电极浆料，电极浆料中固体物质（碳材料与粘结剂）与溶剂比例为10～30mg固体/ml溶剂；采用刮涂、喷涂或辊压的方式，制备得到片状电极，于40～80摄氏度烘干制得电极，其中粘结剂含量为70%～95%。
其中溶剂为醇、水或醇水混合液，醇水混合液中醇与水质量比为1:4～4:1；其中，醇包括乙醇，异丙醇，乙二醇，丙三醇等中的一种或一种以上。
本发明的有益效果：
1.本发明所述碳材料，其结构既具有适合放电产物沉积的沉积孔，又具有大孔径的离子传输孔。两种孔各司其职，互不干扰，可分别对其进行最大限度的优化，实现产物沉积与离子传输的平衡。
2.产物沉积孔的调控可通过模板和碳源的选择实现，制备过程简单易行，十分有利于降低其成本。
具体实施方式
实施例1
以纳米碳酸镁粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g葡萄糖，加入15ml去离子水中搅拌至溶解完全，然后加入3g柠檬酸、5g碳酸镁，在80℃水浴条件下加热并机械搅拌，使其完全分散，待水分完全蒸发后放入80℃干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化，气氛为氮气，气体流量控制在30ml/min。800℃下经碳化2h取出得到纳米颗粒/碳复合物，再加适量2M稀盐酸去除纳米碳酸镁，经过滤后80℃真空干燥24h，即得分级孔结构多孔碳材料。
将其与聚四氟乙烯乳液（质量分数为5%）共混于乙醇中，得到电极浆料，其中固体物质与溶剂比例为20mg固体/ml溶剂；采用辊压的方式，制备得到片状电极，于60摄氏度烘干制得电极，其中粘结剂含量为80%，电极碳材料面密度为7mg/cm2。
采用KB600，乙炔黑作为对比样，按照上述过程制备碳正极。
以1M的LiAlCl4/SOCl2为电解液，多孔聚丙烯作为隔膜，金属锂作为负极，对所制备碳正极进行评价。结果表明，本发明所制备的碳正极2mA/cm2下，相较于KB600容量提高50%，相较于乙炔黑容量提高100%；10mA/cm2下，相较于KB600容量提高260%，相较于乙炔黑容量提高120%。
实施例2
以SiO2溶胶为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g葡萄糖、0.2716g六水合硝酸钴加入15ml去离子水中搅拌至溶解完全，然后加入5g SiO2溶胶，机械搅拌使其完全分散，在80℃水浴条件下加热并机械搅拌，待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化，气氛为氮气，气体流量控制在30ml/min。900℃经碳化3h取出得到纳米SiO2/碳复合物，再加适量1M HF去除SiO2和生成的氧化钴，经过滤后80℃真空干燥24h，即得分级孔结构多孔碳材料。
采用与实施例1相同的工艺和参数，制备评价碳材料，结果表明，本发明所制备的碳正极2mA/cm2下，相较于KB600容量提高60%，相较于乙炔黑容量提高110%；10mA/cm2下，相较于KB600容量提高260%，相较于乙炔黑容量提高120%。
实施例3
以纳米碳酸钙粉末为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g葡萄糖、2g氢氧化镍加入10ml去离子水中搅拌至分散完全，然后加入3g碳酸钙，在80℃水浴条件下加热并机械搅拌，使其完全分散，待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化，气氛为氮气，气体流量控制在20ml/min。在900℃经碳化2h取出得到纳米颗粒/碳复合物，再用适量2M稀盐酸去除纳米碳酸钙和氧化镍，经过滤后80℃真空干燥24h，即得分级孔结构多孔碳材料。
采用与实施例1相同的工艺和参数，制备评价碳材料，结果表明，本发明所制备的碳正极2mA/cm2下，相较于KB600容量提高45%，相较于乙炔黑容量提高90%；10mA/cm2下，相较于KB600容量提高210%，相较于乙炔黑容量提高90%。
实施例4
以纳米氧化铝粉末为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g蔗糖加入10ml去离子水中搅拌至分散完全，然后加入8g氧化铝，在80℃水浴条件下加热并机械搅拌，使其完全分散，待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化，N2中800℃处理3h，换CO2800℃吹扫1h，然后换N2吹扫至室温，得到纳米颗粒/碳复合物，再用适量2M稀盐酸去除氧化铝，经过滤后80℃真空干燥24h，即得分级孔结构多孔碳材料。
采用与实施例1相同的工艺和参数，制备评价碳材料，结果表明，本发明所制备的碳正极2mA/cm2下，相较于KB600容量提高30%，相较于乙炔黑容量提高70%；10mA/cm2下，相较于KB600容量提高180%，相较于乙炔黑容量提高70%。
实施例5
以二氧化硅微球粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g蔗糖、0.358g50%的硝酸锰水溶液加入15ml去离子水中搅拌至分散完全，然后加入6g二氧化硅微球，在60℃水浴条件下加热并机械搅拌，使其完全分散，待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉碳化，N2中850℃处理3h，换水蒸气850℃吹扫0.5h，然后换N2吹扫至室温，得到纳米颗粒/碳复合物，再用适量1M HF洗除二氧化硅和氧化锰，经过滤后80℃真空干燥24h，即得分级孔结构多孔碳材料。
采用与实施例1相同的工艺和参数，制备评价碳材料，结果表明，本发明所制备的碳正极2mA/cm2下，相较于KB600容量提高70%，相较于乙炔黑容量提高130%；10mA/cm2下，相较于KB600容量提高180%，相较于乙炔黑容量提高70%。
实施例6
以氢氧化镍粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g淀粉，1g碳酸氢铵，加入15ml去离子水中搅拌至溶解完全，在80℃水浴条件下加热并机械搅拌，使其完全分散，待水分完全蒸发后放入80℃干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化，气氛为氮气，气体流量控制在50ml/min。900℃下经碳化4h取出得到纳米颗粒/碳复合物，再加适量2M稀硝酸去除氧化镍，经过滤后80℃真空干燥24h，即得分级孔结构多孔碳材料。
采用与实施例1相同的工艺和参数，制备评价碳材料，结果表明，本发明所制备的碳正极2mA/cm2下，相较于KB600容量提高80%，相较于乙炔黑容量提高140%；10mA/cm2下，相较于KB600容量提高140%，相较于乙炔黑容量提高50%。
实施例7
以氢氧化镍粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g蔗糖，加入10ml去离子水中搅拌至分散完全，然后加入10g氢氧化镍粉体，在80℃水浴条件下加热并机械搅拌，使其完全分散，待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化，Ar中800℃处理3h，换CO2800℃吹扫1h，然后换Ar吹扫至室温，得到纳米颗粒/碳复合物，再用适量2M稀硝酸去除氧化镍，经过滤后80℃真空干燥24h，即得分级孔结构多孔碳材料。
采用与实施例1相同的工艺和参数，制备评价碳材料，结果表明，本发明所制备的碳正极2mA/cm2下，相较于KB600容量提高40%，相较于乙炔黑容量提高90%；10mA/cm2下，相较于KB600容量提高220%，相较于乙炔黑容量提高100%。

Claims (10)

1.一种多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用，其特征在于：所述碳材料由颗粒粒径为1-30um的碳颗粒混合组成，碳颗粒本身呈由碳片层构成的类蜂窝状多孔结构，碳材料中碳颗粒的孔容为0.5～5cm3/g；碳颗粒内部包括两种孔，一种是由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔，另一种是均匀分布于碳片层孔壁内的孔；
交错贯通孔主要为孔径范围为5～90nm的孔，其占贯通孔体积的80％以上；碳片层厚度为2～50nm；孔壁内的孔主要为孔径范围为1～10nm的孔，占孔壁内孔体积的90％以上。
2.按照权利要求1所述的应用，其特征在于：碳颗粒中的碳片层表面原位掺杂催化组分，所述的催化组分包括N、B、O、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上，采用X射线光电子能谱检测，X射线光电子能谱检测范围为碳片层表面至碳片层表面以下10纳米范围内，检测范围内催化组分占检测范围所有元素的物质的量比例为0.1～10％。
3.按照权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的碳材料采用模板法按如下过程制备
将碳前驱物和模板溶于去离子水或有机溶剂中，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化气体为N2或/和Ar，碳化温度范围在500～1700℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板，经过滤、干燥，即得多孔碳材料。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述碳前驱物包括以下中的一种或二种以上：
(1)低分子的糖类，包括蔗糖、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇中的一种；
(2)小分子的有机物，包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯中的一种；
(3)高分子聚合物，包括中间相沥青、聚乙二醇、苯酚甲醛树脂或间苯二酚甲醛树脂、聚苯胺、聚吡啶、三聚氰胺中的一种。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述模板为沸石、Al2O3、氧化镁、醋酸镁、葡萄糖酸镁、氧化铜、氧化锌、氧化亚铁、三氧化二铁、碳酸钙、碳酸镁、四氧化三铁、二氧化锡、二氧化硅、氧化锆、三氧化钼、三氧化二钒、氧化钛纳米粉体、金属镍氢氧化物、金属铁氢氧化物、金属镁的氢氧化物、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或两种以上，其中模板粒径尺寸范围在5～8000nm。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
所述碳材料采用模板法结合催化活化法制备而成，其过程如下：
将碳前驱物溶于去离子水或有机溶剂中，然后添加金属盐或金属氢氧化物继续溶解分散，再加入模板溶解分散，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化温度范围在500～1700℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板和金属盐或金属氢氧化物，经过滤、干燥，即得多孔碳材料；
所述模板法结合催化活化法的制备过程中，将碳前驱物在溶解过程中添加前驱体含Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上金属盐或金属氢氧化物；金属盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐、乙酰丙酮化物、或大环络合物中的一种或二种以上；其中金属盐或金属氢氧化物与模板的质量百分比范围为1～15％。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述碳材料采用模板法结合发泡法按如下过程制备而成：
将碳前驱物、模板和发泡剂溶于去离子水或有机溶剂中，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化气体为N2或/和Ar，碳化温度范围在500～1700℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板，经过滤、干燥，即得多孔碳材料，其中发泡剂与碳前驱物的质量百分比范围在5～100％。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述发泡剂为柠檬酸、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、碳酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚中的一种或两种以上发泡剂。
9.根据权利要求3、6或7所述的应用，其特征在于：所述模板与碳前驱物的质量百分比为600～10％；碳前驱物在去离子水或有机溶剂中的浓度为0.05～0.4g/ml；有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或二种以上；去除模板使用的酸溶液为0.5～3M盐酸、硫酸、硝酸或氢氟酸，碱溶液为0.5～3M氢氧化钠溶液。
10.按照权利要求1所述的应用，其特征在于：用于制备锂-亚硫酰氯电池正极；锂-亚硫酰氯电池正极材料组成成份包括碳材料和粘结剂，其中碳材料质量含量为70％～95％；所述的粘结剂为聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚烯烃、丁苯橡胶、氟化橡胶、聚氨酯中的一种或两种以上。
CN201310454424.0A 2013-09-29 2013-09-29 一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用 Active CN104518218B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310454424.0A CN104518218B (zh) 2013-09-29 2013-09-29 一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310454424.0A CN104518218B (zh) 2013-09-29 2013-09-29 一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104518218A CN104518218A (zh) 2015-04-15
CN104518218B true CN104518218B (zh) 2017-06-09

Family

ID=52793187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310454424.0A Active CN104518218B (zh) 2013-09-29 2013-09-29 一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104518218B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107758640B (zh) * 2017-10-27 2019-08-13 华中科技大学 一种血红细胞状空心碳的制备方法及产品
CN108584915B (zh) * 2018-06-03 2021-09-14 湖南科技大学 一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料及其制备方法
CN108584951B (zh) * 2018-06-27 2021-12-10 中国地质大学（武汉） 具有分级多孔结构的氮磷共掺杂碳电极材料的制备方法
CN109378473A (zh) * 2018-08-20 2019-02-22 中国科学院兰州化学物理研究所 氮改性的碳担载铜催化剂及其在电池正极材料方面的应用
CN109449388A (zh) * 2018-09-29 2019-03-08 昆明理工大学 一种锂离子电池碳硅负极材料的制备方法
CN111841579B (zh) * 2019-04-28 2022-03-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种三维多级孔结构二硫化钼及其制备方法与应用
CN112299393B (zh) * 2019-07-26 2022-08-12 宝山钢铁股份有限公司 一种一维氮掺杂碳囊泡、电池正极材料及其合成方法
CN110482523B (zh) * 2019-08-16 2021-09-10 中山大学 一种氮掺杂分级多孔碳材料及其超级电容器制备中的应用
CN112531160A (zh) * 2019-09-19 2021-03-19 贝特瑞新材料集团股份有限公司 一种无定形炭负极材料及其制备方法和用途
CN110759327B (zh) * 2019-10-12 2022-12-02 宁波海秀丰科技有限公司 一种金属碳晶体的制备方法
CN110746602B (zh) * 2019-10-29 2021-04-20 大连理工大学 一种金属钴卟啉基多孔有机聚合物及其制备方法和应用
CN111554890A (zh) * 2020-04-20 2020-08-18 哈尔滨理工大学 一种模板法制备锂硫电池正极材料三维多级孔碳的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101284223A (zh) * 2007-04-13 2008-10-15 中国科学院金属研究所 一种磁性多孔炭吸附剂及其制备方法
CN101454243A (zh) * 2006-05-31 2009-06-10 促进科学E.V.麦克斯-普朗克公司 多孔导电碳材料及其应用
CN103050702A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 中国科学院大连化学物理研究所 原位掺杂有催化活性组分的碳材料在锂-空气电池中应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101454243A (zh) * 2006-05-31 2009-06-10 促进科学E.V.麦克斯-普朗克公司 多孔导电碳材料及其应用
CN101284223A (zh) * 2007-04-13 2008-10-15 中国科学院金属研究所 一种磁性多孔炭吸附剂及其制备方法
CN103050702A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 中国科学院大连化学物理研究所 原位掺杂有催化活性组分的碳材料在锂-空气电池中应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
The effect of silica template structure on the pore structure of mesoporous carbons;Sangjin Han et al.;《Carbon》;20031231;第41卷(第5期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104518218A (zh) 2015-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104518218B (zh) 一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用
CN104518219B (zh) 多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用
CN103855413B (zh) 一种锂-空气电池正极用多孔碳材料
CN104518226B (zh) 一种锂·空气或锂氧电池正极用多孔碳材料
Xuan et al. Influence of synthesis temperature on cobalt metal-organic framework (Co-MOF) formation and its electrochemical performance towards supercapacitor electrodes
Bandosz et al. Porous carbon modified with sulfur in energy related applications
CN103855366B (zh) 一种锂-空气电池正极用氮掺杂的多孔碳材料
CN1781843B (zh) 碳纳米球及其制备方法、催化剂及燃料电池
Wu et al. Fabricating three-dimensional hierarchical porous N-doped graphene by a tunable assembly method for interlayer assisted lithium-sulfur batteries
CN106099053B (zh) 一种硫化钼/硒化钼复合材料及其制备和应用
CN108346782B (zh) 多孔氧化铜微球/多层石墨烯复合材料及其制备方法
Jin et al. Alkaline chitosan solution as etching phase to design Si@ SiO2@ N-Carbon anode for Lithium-ion battery
CN103855412B (zh) 锂-空气电池正极用多孔碳材料
Chameh et al. MOF derived CeO2/CoFe2O4 wrapped by pure and oxidized g-C3N4 sheet as efficient supercapacitor electrode and oxygen reduction reaction electrocatalyst materials
CN107785180A (zh) 用于混合能量存储装置中的碳‑铅共混物
Gao et al. TiO2@ Porous carbon nanotubes modified separator as polysulfide barrier for lithium-sulfur batteries
CN103855367A (zh) 锂-空气电池正极用氮掺杂的多孔碳材料
CN102163711B (zh) 采用介孔碳负载纳米粒子制备锂离子电池负极材料的方法
Li et al. Co–TiO2 nanoparticles anchored in porous carbon matrix as an efficient sulfur host for lithium/sulfur batteries
Wang et al. Electrocatalysis of polysulfide conversion by conductive RuO 2 nano dots for lithium–sulfur batteries
WO2012028095A1 (zh) 双载体复合的锂空气电池空气电极组合物及其制备方法
Yu et al. Designed synthesis of ordered mesoporous graphene spheres from colloidal nanocrystals and their application as a platform for high-performance lithium-ion battery composite electrodes
Yang et al. Metal oxide–carbon hybrid materials for application in supercapacitors
JP5391934B2 (ja) 二次電池及び正極の製造方法
Liang et al. CNT threaded porous carbon nitride nanoflakes as bifunctional hosts for lithium sulfide cathode

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant