CN110707327B - 基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用 - Google Patents

基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110707327B
CN110707327B CN201910970531.6A CN201910970531A CN110707327B CN 110707327 B CN110707327 B CN 110707327B CN 201910970531 A CN201910970531 A CN 201910970531A CN 110707327 B CN110707327 B CN 110707327B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
porous carbon
carbon material
modified porous
sulfur
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
CN201910970531.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110707327A (zh
Inventor
李洲鹏
刘宾虹
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.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
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 Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201910970531.6A priority Critical patent/CN110707327B/zh
Publication of CN110707327A publication Critical patent/CN110707327A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110707327B publication Critical patent/CN110707327B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • 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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

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

Abstract

本发明涉及锂硫电池技术，旨在提供一种基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用。包括：取环糊精的乙二醇饱和溶液加入二茂钴粉末，超声混合后干燥，得到二茂钴环糊精包合物；将半纤维素加入沸水中，加入氢氧化钠；完全溶溶解再加二茂钴环糊精包合物，搅拌溶解得到黑色溶液；浸入泡沫镍，冷却后移至冷冻干燥器，干燥得到前驱体；将前驱体在氮气氛围保护下碳化，用去离子水洗涤除去氢氧化钠，干燥后恒温碳化，冷却至室温，浸没于盐酸溶液中除掉泡沫镍骨架；洗涤、干燥后得到一体化改性多孔碳材料。本发明具有合成方法环境友好，成本低廉的特点。得到的含钴多孔碳具有比表面积大和大孔容的特点，其中钴成为嵌锂的中心和吸附聚硫的中心。

Description

基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用
技术领域
本发明涉及一种锂硫电池技术，更具体的说，涉及一种以二茂钴为改性剂的一体化改性多孔碳材料及其锂硫电池的制备方法。
背景技术
锂硫电池以单质硫和金属锂作为正负极活物质，通过锂与硫的化学反应实现电能与化学能的互相转化，组装得到的电池质量能量密度可达2500Wh kg-1，远远大于目前已投入应用的锂离子电池，意味着相同质量的锂硫电池可提供更大的能量，弥补锂离子电池能量密度不高的缺点，为提高电动汽车的里程和行驶性能提供基础。相比锂离子电池的正极材料，锂硫电池的重要原料单质硫在地球上广泛存在，价格低廉，可降低电池生产成本，更广泛的应用于生活生产中。
尽管锂硫电池具有以上这些优点，但仍存在如下一系列问题，阻碍了锂硫电池的商品化。传统锂离子电池的正负极反应均为固体物质的脱嵌锂过程，通过电解液和电极材料的液-固相之间锂的传递完成电极反应。传统电极材料(如负极石墨和正极钴酸锂)有固定的嵌锂位置，虽然其脱嵌锂产生一定的材料体积变化，但反应前后材料的形貌变化不大。然而，锂硫电池的正负极反应均为典型液-固相反应，涉及固相活性物质的溶解和形核长大过程。溶解过程包括了放电时负极金属锂转变为锂离子和正极单质硫转变为聚硫化物溶于电解液，以及充电时硫化锂转变为聚硫化物溶于电解液。形核长大过程包括了充电时负极金属锂沉积和溶于电解液的聚硫化物在正极形成单质硫，以及放电时溶于电解液的聚硫化物转变为硫化锂。
在锂硫电池工作过程中会产生大量聚硫离子，因为其分子相对较小，大部分聚硫离子往往可以在电解液中随着浓度梯度和电场力的作用移动。当长链聚硫离子移动到负极时与锂单质反应生成短链聚硫离子，短链聚硫离子在浓度梯度力和电场力的作用下又移动到正极和硫单质反应重新生成长链聚硫离子，这些聚硫离子在电解液中不停移动，在反应中消耗了大量能量，使得电池反应的实际效率降低。放电过程中，正极附近聚硫离子浓度高于负极，浓度梯度力正极指向负极，而聚硫离子受到的电场力也由正极指向负极，两者方向相同；充电过程中，聚硫离子受到的电场力方向相反，由负极指向正极，但正极附近聚硫离子浓度高，浓度梯度力仍由正极指向负极，两者方向相反。放电时，浓度梯度力和电场力作用方向相同，往往不会观察到明显的“穿梭效应”。而充电时，浓度梯度力和电场力作用方向相反，往往有明显的的“穿梭效应”。“穿梭效应”不仅会导致电池充电效率降低，而且活性物质也难以得到充分利用。
随着充放电循环的进行，由于聚硫离子穿梭，导致聚硫离子与负极金属锂反应，在负极形成不可逆硫化锂，不断降低电池有效活物质硫的含量，造成容量损失，发生循环衰退。锂硫电池的电化学反应为溶解沉淀过程，导致电极反应区域不确定，造成了负极锂枝晶、聚硫离子穿梭效应以及硫电极膨胀变形等一系列问题，严重影响正负极性能的稳定性。
当使用传统的多孔碳载锂作为负极材料时，随着充放电循环的进行，导致越来越多的金属锂从孔内迁移到孔外，形成分凝金属锂。这些分凝金属锂最终包覆在多孔碳材料外表面，形成金属锂电极同样的状态。因此传统碳材料的包覆，只是推迟了锂枝晶发生的时间，并没有消除锂枝晶问题的根源。其根本原因在于锂金属未能返回到碳微孔，在微孔中进行金属锂沉积。因此必须改善碳微孔的亲水性，在孔内设置金属锂形核中心，通过微孔中良好的电解液分布，诱导金属锂在碳微孔内沉积，从而避免金属锂在碳材料表明沉积，消除金属锂分凝，从而彻底解决锂枝晶问题。
综上所述，尽管锂硫电池正负极反应的历程有所不同，作为电极材料的多孔碳复合材料在充放电过程中都存在活性物质分凝现象。这种活性物质分凝对高载量电极的结构稳定性影响巨大，抑制活性物质分凝，稳定电极反应区域，避免液固相反应过程对电极结构造成破坏是获得高载量长寿命锂硫电池的关键。多孔碳孔内设置活性物质形核中心以利于活性物质在孔内形核生长是抑制活性物质分凝的前提，通过电极一体化消除活性物质分凝环境则可有效抑制活性物质分凝，达到稳定电极反应区域的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于二茂钴的改性多孔碳材料的制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种基于二茂钴的改性多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取1L环糊精的乙二醇饱和溶液，加入0.5～10g的二茂钴粉末，在90℃条件下超声振动混合30分钟，使二茂钴分子进入环糊精空腔中；真空干燥后，得到二茂钴环糊精包合物；
(2)将10～20g半纤维素加入至1L沸水中，搅拌后加入氢氧化钠10～50g；待半纤维素完全溶溶解，再加入1～5g步骤(1)得到的二茂钴环糊精包合物，搅拌溶解1h，得到黑色溶液；将泡沫镍浸入黑色溶液中，冷却至35℃后，在泡沫镍孔洞中形成黑色凝胶；移至冷冻干燥器，干燥12h得到前驱体；
(3)将前驱体在氮气氛围保护下升温至550℃，恒温碳化2小时，形成预碳化产物；用去离子水洗涤除去氢氧化钠，干燥后升温至900℃，恒温碳化2小时；
(4)将煅烧产物冷却至室温，浸没于30wt％的盐酸溶液中除掉泡沫镍骨架；用去离子水洗涤，真空干燥后得到一体化改性多孔碳材料。
本发明中，所述环糊精为β-环糊精。
本发明中，所述步骤(3)中，升温速度为10℃/min。
本发明中进一步提供了利用前述方法制备获得的改性多孔碳材料进一步制备硫正极的方法，包括：
按质量比1∶1取硫磺和乙二醇，混合调制成糊状，涂敷在改性多孔碳材料的孔洞中；在氮气氛下升温至155℃，加热2h后取出，冷却后得到硫正极；控制涂覆量，使硫正极中的硫含量为70～90wt％。
本发明中进一步提供了利用前述方法制备获得的改性多孔碳材料进一步制备锂负极的方法，包括：
将锂片置于改性多孔碳材料之上，在氩气氛手套箱内升温至130℃，加热2h使金属锂熔化进入一体化多孔碳材料的孔洞中，得到锂负极；控制锂片和改性多孔碳材料的相对用量，使锂负极中的锂含量为50～90wt％。
本发明还提供了一种锂硫电池，包括隔膜、正极、负极和电解液，该锂硫电池的隔膜采用微孔聚丙烯膜，正极和负极均以权利要求1所述方法制备获得的改性多孔碳材料作为活性物质的载体材料；正极和负极相向设置在隔膜两侧，形成三明治结构，电解液内置在三明治结构中；
所述正极是硫正极，通过下述方法制备获得：按质量比1∶1取硫磺和乙二醇，混合调制成糊状，涂敷在改性多孔碳材料的孔洞中；在氮气氛下升温至155℃，加热2h后取出，冷却后得到硫正极；控制涂覆量，使硫正极中的硫含量为70～90wt％；
所述负极是锂负极，通过下述方法制备获得：将锂片置于改性多孔碳材料之上，在氩气氛手套箱内升温至130℃，加热2h使金属锂熔化进入一体化多孔碳材料的孔洞中，得到锂负极；控制锂片和改性多孔碳材料的相对用量，使锂负极中的锂含量为50～90wt％；
所述电解液以四乙二醇二甲醚(TEGDME)为溶剂，以Li[CF3SO2)2N](LiTFSI)为电解质，电解液的摩尔浓度为1M。
发明原理描述：
二茂钴，又称双环戊二烯合钴，是一种类似二茂铁的芳香性的金属有机化合物，具有夹心结构。钴原子被夹在两个平行的环戊二烯基之间，形成牢固的配位键。致二价钴离子的性质和环戊二烯基的性质均消失，而显示出芳香性。它能溶于大多有机溶剂，但不溶于水。易被氧化为黄色的一价钴茂离子[Co(C5H5)2]+。
环糊精是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6～12个D-吡喃葡萄糖单元。其中研究得较多并且具有重要实际意义的是含有6、7、8、9个葡萄糖单元的分子，分别称为α-、β-、γ-和δ-环糊精。环糊精分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构，在其空洞结构中，外侧上端(较大开口端)由C2和C3的仲羟基构成，下端(较小开口端)由C6的伯羟基构成，具有亲水性，而空腔内由于受到C-H键的屏蔽作用形成了疏水区。疏水性空洞内可嵌入各种有机化合物，形成包接复合物，并改变被包络物的物理和化学性质；可以在环糊精分子上交链许多官能团或将环糊精交链于聚合物上，进行化学改性或者以环糊精为单体进行聚合。环糊精分子含葡萄糖单元的分子数越多，疏水区空腔的空容越大，能够包容较大的疏水分子。β-环糊精的空腔尺寸与二茂钴分子尺寸相当，有利于形成稳定的二茂钴分子环糊精包合物。
半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等，可溶于碱液。
由于二茂钴难溶于水但微溶于乙二醇，难以形成分布均匀的二茂钴与半纤维素的均匀混合物，二茂钴也难以吸附于半纤维素颗粒，碳化时容易发生钴的偏聚形成金属钴。环糊精分子内侧空腔是疏水的，二茂钴分子倾向于存在于环糊精分子的空腔，形成分子包合物，环糊精分子外侧富含羟基有极好的亲水性，易溶与乙二醇。而且，半纤维素在氢氧化钠的作用下溶于碱液，与环糊精有很好的相容性，因此形成均匀的半纤维素环糊精包合物混合溶液。
在泡沫镍空洞中浸入上述溶液，冷却至35℃后，泡沫镍孔洞中生成黑色凝胶。移至冷冻干燥器，冷冻干燥后泡沫镍孔洞中形成多孔干凝胶；在随后的碳化过程中，半纤维素和环糊精发生初步碳化，二茂钴融入预碳化产物，包裹于泡沫镍的骨架镍上，用去离子水洗涤除去氢氧化钠，完全碳化后形成含钴的碳壁包裹于泡沫镍的骨架镍，随后的酸处理除掉泡沫镍骨架，得到一体化改性多孔碳材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的氢氧化钠模板，具有促进半纤维素溶解的作用，而且氢氧化钠在预碳化过程中具有活化碳材料的作用，增加比表面积和微孔孔容。采用氢氧化钠作为模板，用水就可以洗脱，氢氧化钠和水都可以重复利用，本发明的一体化改性多孔碳材料具有合成方法环境友好，成本低廉的特点。采用二茂钴环糊精包合物为前驱分子，成功解决了二茂钴水溶性差的问题。得到的含钴多孔碳具有比表面积大和大孔容的特点，其中的钴成为嵌锂的中心和吸附聚硫的中心。而且，一体化电极不使用粘结剂，有效提高电极强度，保持高的电极导电性，有利于提高锂硫电池性能。
附图说明
图1为实施例9中的锂硫电池的充放电曲线，电流密度为200mA/cm2。
图中曲线：1充电曲线，2放电曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步详细描述：
实施例1：二茂钴的β-环糊精包合物制备
取β-环糊精的乙二醇饱和溶液1L，加入0.5g二茂钴粉末，90℃下超声振动混合30分钟，二茂钴分子进入环糊精空腔形成二茂钴的环糊精包合物，真空干燥后，得到二茂钴环糊精包合物。
实施例2：前驱体溶液制备
取β-环糊精的乙二醇饱和溶液1L，加入5g二茂钴粉末，90℃下超声振动混合30分钟，二茂钴分子进入环糊精空腔形成二茂钴环糊精包合物，真空干燥后，真空干燥得到二茂钴环糊精包合物。
将10g半纤维素加入至1L沸水，搅拌后加入氢氧化钠10g，待半纤维素完全溶解，再加入上述二茂钴环糊精包合物1g，搅拌溶解1h，得到黑色溶液。
实施例3：前驱体制备
取β-环糊精的乙二醇饱和溶液1L，加入10g二茂钴粉末，90℃下超声振动混合30分钟，二茂钴分子进入环糊精空腔形成二茂钴环糊精包合物，真空干燥后，得到二茂钴环糊精包合物。
将15g半纤维素加入至1L沸水，搅拌后加入氢氧化钠30g，待半纤维素完全溶解，再加入上述二茂钴环糊精包合物2.5g，搅拌溶解1h，得到黑色溶液。将泡沫镍浸入，冷却至35℃后，泡沫镍孔洞中生成黑色凝胶。移至冷冻干燥器，干燥12h得到前驱体。
实施例4：一体化改性多孔碳材料
将20g半纤维素加入至1L沸水，搅拌后加入氢氧化钠50g，待半纤维素完全溶解，再加入实施例1得到的二茂钴环糊精包合物5g，搅拌溶解1h，得到黑色溶液。将泡沫镍浸入，冷却至35℃后，泡沫镍孔洞中生成黑色凝胶。移至冷冻干燥器，干燥12h得到前驱体。将前驱体在氮气氛围保护下以10℃/min的速度升温至550℃，恒温碳化2小时，形成预碳化产物，用去离子水洗涤除去氢氧化钠，干燥后以10℃/min的速度升温至900℃，恒温碳化2小时。冷却至室温将煅烧产物，浸没于30wt％的盐酸溶液除掉泡沫镍骨架，用去离子水洗涤后真空干燥，得到一体化改性多孔碳材料；
实施例5：一体化多孔碳材料载硫
将硫磺和乙二醇按质量比1:1调制成糊状，将其涂敷实施例4得到的一体化多孔碳材料，控制涂覆量，使硫磺与碳的质量比为7:3，干燥后在氮气氛下加热至155℃，加热2h后取出得到一体化硫正极，硫正极中硫载量为70wt％。
实施例6：一体化硫正极制备
将硫磺和乙二醇按质量比1:1调制成糊状，涂敷于实施例4得到的一体化多孔碳材料，硫磺与碳的质量比为8:2，干燥后在氮气氛下加热至155℃，加热2h后取出得到一体化硫正极，硫正极中硫载量为80wt％。
实施例7：一体化多孔碳材料载锂
将锂片按质量比1:1置于实施例4得到的一体化多孔碳材料之上，在氩气氛手套箱内加热至130℃，金属锂熔化进入一体化多孔碳材料的孔洞中，加热2h后得到一体化锂负极，锂负极中的锂含量为50wt％。
实施例8：一体化锂负极制备
将锂片按质量比7:3置于实施例4得到的一体化多孔碳材料之上，在氩气氛手套箱内加热至130℃，金属锂熔化进入一体化多孔碳材料的孔洞中，加热2h后得到一体化锂负极，锂负极中的锂含量为70wt％。
实施例9：锂硫电池制备
将锂片(1.8g)按质量比9:1置于实施例4得到的一体化多孔碳材料(0.2g)之上，在氩气氛手套箱内加热至130℃，金属锂熔化进入一体化多孔碳材料的孔洞中，加热2h后得到一体化锂负极，锂负极中的锂含量为90wt％。
将硫磺(0.9g)和乙二醇按质量比1:1调制成糊状，涂敷于实施例4得到的一体化多孔碳材料(0.1g)，硫磺与碳的质量比为9:1，干燥后在氮气氛下加热至155℃，加热2h后取出得到一体化硫正极，硫正极中硫载量为90wt％。
在氩气氛围下在将一体化硫正极置于电池正极壳内，在正极片上覆盖隔膜后，滴入电解液润湿，隔膜紧贴于正极，将上述一体化锂负极置于电解液润湿的隔膜之上，锂负极之上放置垫片与弹片，加盖电池负极壳后封装得到锂硫电池。电解液采用1M LiTFSI/TEGDME，即1升四乙二醇二甲醚(TEGDME)中溶解了1摩尔的Li[CF3SO2)2N](LiTFSI)。隔膜为Celgard公司生产的微孔聚丙烯隔膜(Celguard 2400)。图1为电流密度为200mA/cm2时的充放电曲线。
最后，以上公布的仅是本发明的具体实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于二茂钴的改性多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取1 L环糊精的乙二醇饱和溶液，加入0.5～10 g的二茂钴粉末，在90℃条件下超声振动混合30分钟，使二茂钴分子进入环糊精空腔中；真空干燥后，得到二茂钴环糊精包合物；
（2）将10～20 g半纤维素加入至1 L沸水中，搅拌后加入氢氧化钠10～50 g；待半纤维素完全溶溶解，再加入1～5 g步骤（1）得到的二茂钴环糊精包合物，搅拌溶解1 h，得到黑色溶液；将泡沫镍浸入黑色溶液中，冷却至35℃后，在泡沫镍孔洞中形成黑色凝胶；移至冷冻干燥器，干燥12 h 得到前驱体；
（3）将前驱体在氮气氛围保护下升温至 550 ℃，恒温碳化2小时，形成预碳化产物；用去离子水洗涤除去氢氧化钠，干燥后升温至 900 ℃，恒温碳化2小时；
（4）将煅烧产物冷却至室温，浸没于30wt%的盐酸溶液中除掉泡沫镍骨架；用去离子水洗涤，真空干燥后得到一体化改性多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环糊精为β-环糊精。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，升温速度为10 ℃/min。
4.利用权利要求1所述方法制备获得的改性多孔碳材料进一步制备硫正极的方法，其特征在于，包括：
按质量比1∶1取硫磺和乙二醇，混合调制成糊状，涂敷在改性多孔碳材料的孔洞中；在氮气氛下升温至155℃，加热2 h后取出，冷却后得到硫正极；控制涂覆量，使硫正极中的硫含量为70～90 wt%。
5.利用权利要求1所述方法制备获得的改性多孔碳材料进一步制备锂负极的方法，其特征在于，包括：
将锂片置于改性多孔碳材料之上，在氩气氛手套箱内升温至130℃，加热2 h使金属锂熔化进入一体化多孔碳材料的孔洞中，得到锂负极；控制锂片和改性多孔碳材料的相对用量，使锂负极中的锂含量为50～90 wt%。
6.一种锂硫电池，包括隔膜、正极、负极和电解液，其特征在于，该锂硫电池的隔膜采用微孔聚丙烯膜，正极和负极均以权利要求1所述方法制备获得的改性多孔碳材料作为活性物质的载体材料；正极和负极相向设置在隔膜两侧，形成三明治结构，电解液内置在三明治结构中；
所述正极是硫正极，通过下述方法制备获得：按质量比1∶1取硫磺和乙二醇，混合调制成糊状，涂敷在改性多孔碳材料的孔洞中；在氮气氛下升温至155℃，加热2 h后取出，冷却后得到硫正极；控制涂覆量，使硫正极中的硫含量为70～90 wt%；
所述负极是锂负极，通过下述方法制备获得：将锂片置于改性多孔碳材料之上，在氩气氛手套箱内升温至130℃，加热2 h使金属锂熔化进入一体化多孔碳材料的孔洞中，得到锂负极；控制锂片和改性多孔碳材料的相对用量，使锂负极中的锂含量为50～90 wt%；
所述电解液以四乙二醇二甲醚为溶剂，以Li[(CF3SO2)2N]为电解质，电解液的摩尔浓度为1M。
CN201910970531.6A 2019-10-13 2019-10-13 基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用 Active CN110707327B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910970531.6A CN110707327B (zh) 2019-10-13 2019-10-13 基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910970531.6A CN110707327B (zh) 2019-10-13 2019-10-13 基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110707327A CN110707327A (zh) 2020-01-17
CN110707327B true CN110707327B (zh) 2020-10-23

Family

ID=69198330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910970531.6A Active CN110707327B (zh) 2019-10-13 2019-10-13 基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110707327B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114059230A (zh) * 2021-11-22 2022-02-18 南开大学 一类基于静电纺丝的超分子碳膜的制备方法及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101974110A (zh) * 2010-10-14 2011-02-16 扬州大学 一种水溶性二茂铁超分子包合物的制备方法
CN102208616A (zh) * 2011-05-09 2011-10-05 北京化工大学 一种碳包覆过渡金属纳米中空颗粒的制备方法
CN104577083A (zh) * 2015-01-20 2015-04-29 浙江大学 一种锂硫电池正极载硫材料及其锂硫电池的制备方法
CN106299311A (zh) * 2016-10-09 2017-01-04 天津工业大学 一种锂硫电池用碳/硫复合正极材料的制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8835343B2 (en) * 2010-09-27 2014-09-16 Uchicago Argonne, Llc Non-platinum group metal electrocatalysts using metal organic framework materials and method of preparation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101974110A (zh) * 2010-10-14 2011-02-16 扬州大学 一种水溶性二茂铁超分子包合物的制备方法
CN102208616A (zh) * 2011-05-09 2011-10-05 北京化工大学 一种碳包覆过渡金属纳米中空颗粒的制备方法
CN104577083A (zh) * 2015-01-20 2015-04-29 浙江大学 一种锂硫电池正极载硫材料及其锂硫电池的制备方法
CN106299311A (zh) * 2016-10-09 2017-01-04 天津工业大学 一种锂硫电池用碳/硫复合正极材料的制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Prep aration, characterization and application of modified macroporous carbo n with CoeN site for long-life lithium-sulfur battery";L.M. Jin etal;《Journal of Power Sources》;20161231;第536-542页 *
"β-cyclodextrin-ferrocene inclusion complex modified carbon paste electrode for amperometric determination of ascorbic acid";Zhang Guorong etal;《Talanta》;20001231;第1019-1025页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110707327A (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pan et al. PAA/PEDOT: PSS as a multifunctional, water-soluble binder to improve the capacity and stability of lithium–sulfur batteries
CN105098143B (zh) 一种锂硫电池柔性高硫负载自修复正极结构及其制备方法
CN111403658A (zh) 一种具有电催化功能隔膜的制备方法及其在锂硫电池中的应用
CN111916640B (zh) 一种锂硫电池WS2/CNTs改性隔膜及其制备方法
CN111261837B (zh) 一种五氟镁铝/氮掺碳锂硫电池正极材料及其制备方法
CN113054183A (zh) 一种CoNi双金属有机框架衍生碳硫复合材料的制备方法
CN111864156A (zh) 锂硫电池用金属氮化物-金属氧化物异质结修饰隔膜的制备方法及包含该隔膜的锂硫电池
CN104617283A (zh) 一种锂硫电池碳纤维增强三维石墨烯-硫正极材料及其制备方法和正极的制备方法
CN109244393B (zh) 一种长循环高倍率性能的锂硫电池正极材料及其制备方法
CN110783545A (zh) 一种氮-磷双掺杂分等级多孔碳材料的制备方法及应用
CN104900847B (zh) 利用吡咯单体原位聚合的硫电极的制备方法
CN110247008B (zh) 一种低温钠硫电池隔膜的制备方法及低温钠硫电池
CN111276694A (zh) 一种聚酰亚胺衍生碳/二硫化钼负极材料的制备方法及其在钾离子电池中的应用
CN104064755B (zh) 四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用
CN110707327B (zh) 基于二茂钴的改性多孔碳材料制备及在锂硫电池中的应用
CN113363452A (zh) 自支撑磷/碳三维导电网络复合电极材料及其制备方法和应用
CN113193196A (zh) 一种钠离子电池用多功能水性粘结剂及其应用
CN109888183B (zh) 一种有机无机杂化薄膜的制备方法及应用
CN109346646B (zh) 一种新型锂硫电池隔膜材料、制备方法及应用
CN114988387B (zh) 一种空心微米碳材料的制备方法及其应用
CN112599754B (zh) 一种锂硫电池用聚合物改性复合正极及其制备方法
CN107195889B (zh) 一种富硼蛋壳型的锂硫电池正极材料、制备方法及其应用
CN114944474A (zh) 一种用于锂硫电池的CoSe分散的分级多孔碳材料制备方法
CN110571421B (zh) 一种碳硫复合材料及其制备方法和用途
CN112993204A (zh) 一种锂硫电池高比表面积正极材料的制备方法

Legal Events

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