CN114212769B - 中空多孔碳材料及其制备方法和用途 - Google Patents

中空多孔碳材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种中空多孔碳材料及其制备方法和用途。本申请中，所述方法包括步骤：将溶解有第一有机碳化物、表面活性剂、第二有机碳化物的混合液热解，即得所述中空多孔碳材料；其中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的碳化产率不同。本申请提供的中空多孔碳材料的制备方法，所制备的中空多孔碳材料制备方法无须去除模板，操作简便；通控制碳化产率差可实现精确调节孔径排布和中空尺寸，制备获得的中空多孔碳材料；制备获得的中空多孔碳材料作为锂硫电池正极载体载硫量高；作为锂硫电池正极载体制得的硫电池循环和倍率性能都更好。

Description

中空多孔碳材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及二次电池领域，特别涉及中空多孔碳材料及其制备方法和用途。
背景技术
随着时代的飞速发展，新能源汽车开始逐步取代燃油车，成为新时代的清洁交通工具。作为新能源汽车的动力源，锂离子电池的容量与循环及其倍率性能的提升备受研究者关注。研究发现，中空多孔结构的制备，有利于锂离子在充放电过程中的脱嵌，能有效提高碳材料的电化学反应动力学。
现有技术中，针对多孔结构材料的制备多采用模板法、冷冻干燥法和3D打印法。例如：文献Preparation of multilevel macroporous materials using natural plantsas templates,DOI10.1007/s10971-010-2277-7,J Sol-Gel Sci Technol(2010)56:75–81.中公开了利用松果体、马蹄莲、青麻和泡桐等天然材料作为模板制备具有多孔结构的SiO2的方法；文献Freeze-drying assisted synthesis of porous SnO2/rGO xerogel asanode materials for highly reversible lithium/sodium storage,DOI:10.1002/celc.201800610,ChemElectroChem 2018,5.中公开了利用冷冻干燥技术合成具有多孔结构的干凝胶的方法；文献3D printing of hybrid MoS2-graphene aerogels as highlyporous electrode materials for sodium ion battery anodes,DOI:10.1016/j.matdes.2019.10689,Materials&Design,2019,170,107689.公开了一种冷冻干燥技术结合3D打印技术制备的多孔凝胶，并将其应用于钠离子电池展现出了优异的电化学存储性能。然而，冷冻干燥和3D打印技术都需要昂贵的设备配套，成本高，不利于规模生产。模板法因其制备简单，成本低廉成本规模制备中空多孔碳材料的首选。
模板法通常是指通过“模板”与基质物质的相互作用构筑具有“模板信息”基材的制备方法，更具体地，模板法指的是将具有特定空间结构和基团的物质引入到基材中，然后通过去除模板来制备具有“模板识别部位”的基材的方法。例如公开号为CN113645822A的中国专利文献中公开了一种多孔中空石墨化碳电磁波吸收材料，该方法通过模板法制备，采用二氧化硅为模板制备前驱体，过后热处理将前驱体转化为碳材料并去除二氧化硅模板后得到中空多孔石墨化碳材料。但发明人在研究中发现，该方法合成碳多孔球结构时，需要额外的刻蚀步骤去除二氧化硅模板，而且制备获得的球的直径和球上的孔径范围分布较宽，难以实现对孔径排布和中空尺寸的精确调控。
因此，研究开发一种基于模板法的简便的可以精确调节孔径排布和中空尺寸的中空多孔碳材料制备方法十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中空多孔碳材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种中空多孔碳材料。
本发明的另一目的在于提供上述中空多孔碳材料的用途。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种中空多孔碳材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将溶解有第一有机碳化物、表面活性剂、第二有机碳化物的混合液热解，即得所述中空多孔碳材料；
其中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的碳化产率不同。
在一些优选的方案中，所述方法包括以下步骤：
先将所述第一有机碳化物溶解于含有表面活性剂的水溶液中，再加入所述第二有机碳化物形成混合液，并进行反应，反应结束后热解，即得所述中空多孔碳材料；
其中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的碳化产率不同。
在一些优选的方案中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的质量比为1:1至3:1，更优选为1.5:1至2.5:1，例如2:1。
在一些优选的方案中，所述第一有机碳化物包括蔗糖，更优选地，所述第一有机碳化物蔗糖。
在一些优选的方案中，所述第二有机碳化物包括酚醛树脂，更优选地，所述第二有机碳化物为酚醛树脂。
在一些优选的方案中，所述酚醛树脂的制备包括步骤：将间苯二酚和甲醛溶液混合。
在一些优选的方案中，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、山梨糖醇酐单油酸酯(Span-80)，例如山梨糖醇酐单油酸酯(Span-80)。
在一些优选的方案中，所述混合液中，所述表面活性剂的质量百分含量为0.5wt.％至3wt.％。
在一些优选的方案中，所述反应的时间为15至20小时，例如16小时。
在一些优选的方案中，所述热解的温度为500至1400℃。
在一些优选的方案中，所述热解的时间为1至5小时，更优选为2至4小时，例如2小时。
在一些优选的方案中，所述混合液的pH为7至10。
在一些优选的方案中，所述方法包括以下步骤：
先将蔗糖溶解于含有表面活性剂的水溶液中，并用调节pH为7至10；
再依次加入间苯二酚和甲醛溶液形成混合液，反应15至20小时，得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球；
将所述酚醛树脂包覆的蔗糖小球热解，即得所述中空多孔碳材料。
本发明的第二方面还提供了中空多孔碳材料，所述中空多孔碳材料通过本发明第一方面所述方法制备获得。
在一些优选的方案中，所述中空多孔碳材料的孔径为2至25nm；更优选为2至10nm。
在一些优选的方案中，所述中空多孔碳材料的比表面积为20至200m2\g，更优选为50至150m2\g。本发明第三方面还提供了本发明第二方面所述中空多孔碳材料作为锂离子电池负极活性物质的用途。
本发明第四方还提供了一种负极，所述负极包括本发明第二方面所述中空多孔碳材料。
本发明第五方面还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括本发明第四方面所述负极、正极、隔膜和电解液。
本发明第六方面还提供了本发明第二方面所述中空多孔碳材料作为锂硫电池用正极材料的用途。
本发明第七方面还提供了一种正极，所述正极包括本发明第二方面所述中空多孔碳材料。
本发明第八方面还提供了一种锂硫电池，所述锂硫电池包括本发明第七方面所述正极、负极和隔膜。
本发明相对于现有技术而言，至少具有下述优点：
(1)本发明提供的中空多孔碳材料的制备方法，所制备的中空多孔碳材料制备方法无须去除模板，操作简便；
(2)本发明提供的中空多孔碳材料的制备方法，通控制碳化产率差可实现精确调节孔径排布和中空尺寸，制备获得的中空多孔碳材料；
(3)本发明提供的中空多孔碳材料的制备方法，制备获得的中空多孔碳材料作为锂硫电池正极载体载硫量高；
(4)本发明提供的中空多孔碳材料的制备方法，制备获得的中空多孔碳材料作为锂硫电池正极载体制得的硫电池循环和倍率性能都更好。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
具体实施方式
使用“模板法”制备中空多孔材料时，需要选取合适的基材做模板，然后添加造孔剂，后通过去除模板构造中空多孔结构，但这种方法难以实现对孔径的排布和中空尺寸的精准调控。本发明人创造性地发明了一种通过使用两种具有不同碳化产率的原料，利用二者碳化产率差来构建中空多孔材料，实现精准调控中空尺寸的材料孔径排布和中空尺寸的方法，并使用该方法制备了中空多孔碳材料。这种方法无须添加额外的造孔剂，其不需要复杂的刻蚀去除二氧化硅模板的步骤，制备的材料一致性好，制备获得的材料载硫能力强，适宜作为锂硫电池正极载体。
此外，本发明人还通过大量实验，优化了制备中空多孔碳材料的方法，使得使用该方法制备的中空多孔碳材料作为正极载体制备的锂硫电池首次库伦效率、循环性能和倍率性能均较好。
在本发明的一些实施方式中提供了一种中空多孔碳材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将溶解有第一有机碳化物、表面活性剂、第二有机碳化物的混合液热解，即得所述中空多孔碳材料；
其中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的碳化产率不同。
由于第一有机碳化物和第二有机碳化物具有不同的碳化产率，二者在高温热解碳化过程中碳化程度不同，碳化产率较低的有机碳化物碳化过程中释放气体快，而碳化产率较高的有机碳化物慢，释放气体快的有机碳化物在释放气体慢的有机碳化物上形成大量孔洞，以此制备中空多孔碳材料。这种方法避免添加造孔剂，避免了由于使用造孔剂造成的产品形貌结构不一致，均一性差质量难以控制的问题。
在一些优选的方案中，所述方法包括以下步骤：
先将所述第一有机碳化物溶解于含有表面活性剂的水溶液中，再加入所述第二有机碳化物形成混合液，并进行反应，反应结束后热解，即得所述中空多孔碳材料；
其中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的碳化产率不同。
在一些优选的方案中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的质量比为1:1至3:1，更优选为1.5:1至2.5:1，例如2:1。发明人在研究中发现，两种有机碳化物的用量对制备所得的材料性能影响较大，在所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的质量比为1:1至3:1，形成的中空多孔碳材料孔径大小和材料比表面积更合理，负载硫的能力更好。
在一些优选的方案中，所述第一有机碳化物为蔗糖。
在一些优选的方案中，所述第二有机碳化物为酚醛树脂。
在一些优选的方案中，所述酚醛树脂的制备包括步骤：将间苯二酚和甲醛溶液混合。
发明人在研究中发现，第一有机碳化物和第二有机碳化物之间的碳化产率差窗口对所得中空多孔
在一些优选的方案中，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、山梨糖醇酐单油酸酯(Span-80)，例如山梨糖醇酐单油酸酯(Span-80)。
在一些优选的方案中，所述混合液中，所述表面活性剂的质量百分含量为0.5wt.％至3wt.％。
在一些优选的方案中，所述反应的时间为15至20小时，例如16小时。
在一些优选的方案中，所述热解的温度为500至1400℃。
在一些优选的方案中，所述热解的时间为1至5小时，更优选为2至4小时，例如2小时。
在一些优选的方案中，所述混合液的pH为7至10。
在一些优选的方案中，所述方法包括以下步骤：
先将蔗糖溶解于含有表面活性剂的水溶液中，并用调节pH为7至10；
再依次加入间苯二酚和甲醛溶液形成混合液，反应15至20小时，得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球；
将所述酚醛树脂包覆的蔗糖小球热解，即得所述中空多孔碳材料。
本发明的第二方面还提供了中空多孔碳材料，所述中空多孔碳材料通过本发明第一方面所述方法制备获得。
当使用本发明所述方法时，发明人发现制备获得的孔径范围在2至25nm；更优选为2至10nm时获得的中空多孔碳材料作为锂硫电池正极载体制备成的锂硫电池性能更好。
在一些优选的方案中，所述中空多孔碳材料的孔径为2至25nm；更优选为2至10nm。
在一些优选的方案中，所述中空多孔碳材料的比表面积为20至200m2\g，更优选为50至150m2\g。
本发明第三方面还提供了本发明第二方面所述中空多孔碳材料作为锂离子电池负极活性物质的用途。
本发明第四方还提供了一种负极，所述负极包括所述负极包括集流体和覆盖于集流体的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括本发明第二方面所述中空多孔碳材料。
本发明第五方面还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括本发明第四方面所述负极、正极、隔膜和电解液。
本发明第六方面还提供了本发明第二方面所述中空多孔碳材料作为锂硫电池用正极材料的用途。
本发明第七方面提供了一种锂硫电池用正极材料，所述正极材料包括正极载体和硫，所述正极载体包括本发明第二方面所述中空多孔碳材料。
本发明第八方面还提供了一种锂硫电池，所述锂硫电池包括本发明第七方面所述正极、负极和隔膜。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。以下实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。
除非另有指明，本文所用的技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义，需要注意的是，本文所用的术语仅为了描述具体实施方式，而非意图限制本申请的示例性实施方式。
实施例1、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节，pH值为7至10)，表面活性剂添加量为0.5％(相对于反应体系总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入2g间苯二酚与280μL甲醛溶液，常温下反应16小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于管式炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至1000℃，保持2小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔径在2-10nm，比表面积为134.31m2\g。
实施例2至3中，研究步骤1的反应环境对制备所得中空多孔结构碳材料结构的影响，改变表面活性剂的种类或添加量，具体地：
实施例2、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节，pH值为7至10)，表面活性剂添加量为1％(相对于反应体系总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入2g间苯二酚与280μL甲醛溶液，常温下反应16小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至1000℃，保持2小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为93.41m2\g。
实施例3、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)的90mL去离子水中(添加氨水调节,pH值为7至10)。表面活性剂添加量为0.5％(相对于反应体系总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入5g间苯二酚与700μL甲醛溶液，常温下反应16小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至1000℃，保持2小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为176.28m2\g。
实施例4至5中，研究步骤2中间苯二酚和甲醛的添加量对制备所得中空多孔结构碳材料结构的影响，改变间苯二酚和甲醛的添加量，具体地：
实施例4、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节,pH值为7至10)。表面活性剂添加量为0.5％至1％(相对于总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入5g间苯二酚与700μL甲醛溶液，常温下反应16小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至1000℃，保持2小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为181.42m2\g。
实施例5、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节，pH值为7至10)。表面活性剂添加量为0.5％至1％(相对于总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入1g间苯二酚与140μL甲醛溶液，常温下反应16小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至1000℃，保持2小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为163.50m2\g。
实施例6至7中，研究步骤3中热解反应的温度对制备所得中空多孔结构碳材料结构的影响，具体地：
实施例6、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节,pH值为7至10)，表面活性剂添加量为0.5％至1％(相对于反应体系总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入2g间苯二酚与280μL甲醛溶液，常温下反应16小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至800℃，保持2小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为211.49m2\g。
实施例7、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节,pH值为7至10)，表面活性剂添加量为0.5％至1％(相对于反应体系总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入2g间苯二酚与280μL甲醛溶液，常温下反应16小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至1400℃，保持2小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为58.41m2\g。
实施例8、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节,pH值为7)，表面活性剂添加量为0.5％至1％(相对于反应体系总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入2g间苯二酚与280μL甲醛溶液，常温下反应15小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至500℃，保持5小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为58.41m2\g。
实施例9、中空多孔碳材料的制备
步骤1，将2.4g蔗糖小球分散于添加了表面活性剂(SPAN-80)的90mL去离子水中(添加氨水调节,pH值为10)，表面活性剂添加量为0.5％至1％(相对于反应体系总重量)。
步骤2，依次向步骤1所得溶液中加入2g间苯二酚与280μL甲醛溶液，常温下反应20小时，制备得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球。
步骤3，将酚醛树脂包覆的蔗糖小球置于马弗炉中，在惰性气氛中进行高温热解，热解程序如下：热解起始温度为25℃，以5℃\min升温速率升温至1400℃，保持1小时，冷却至室温，即制备获得中空多孔结构碳材料。使用孔径分析仪测得其孔体积为2-10nm，比表面积为58.41m2\g。
对比例1、多孔碳材料的制备
使用CN113645822A中记载的方法制备二氧化硅模板法制备多孔碳材料。具体步骤如下：
利用模板刻蚀法制备中空石墨化碳材料：容器中加入5g粒径为200～300nm的SiO2以及1000ml无水乙醇，搅拌分散均匀后加入40ml甲醛，4g间苯二酚，然后加入50ml氨水调节溶液呈碱性，匀速搅拌反应18～24h，离心分离，700℃高温碳化后利用2mol/L氢氧化钠溶液90℃共热处理至少8小时使纳米SiO2完全被去除，得到中空石墨化碳材料。
称取500mg步骤1所得的中空石墨化碳材料，加入400～750ml质量分数为30wt％的双氧水溶液中，混合搅拌至中空石墨化碳粉末均匀分散在液相中，持续搅拌并将反应环境加热至80℃，并在该温度下维持1h，通过抽滤的方式将所得产物提取并烘干，得到多孔中空石墨化碳材料。
正极载体性能测试
【负载硫能力测试】
取上述实施例和对比例中制备的中空多孔碳材料，按照如下方法进行载硫量测试，测试结果见表1。
步骤1，将合成的中空多孔碳材料与硫粉按照4：6比例混合，研磨均匀后，在惰性气氛下加热至155℃并保温12小时；待自然冷却至室温后完成渗硫。
步骤2，采用热重分析法，在惰性气氛下加热至600℃，测得材料的质量损失率，即为样品的负载硫能力。
【负载硫能力测试】
取上述实施例和对比例中制备的中空多孔碳材料，按照如下方法进行载硫量测试，测试结果见表1。
表1
正极载体来源 载硫量
实施例1 66.1％
实施例2 63.8％
实施例3 68.2％
实施例4 68.3％
实施例5 68.0％
实施例6 70.2％
实施例7 62.7％
对比例1 65.1％
【锂硫电池的制备】
(1)正极载体负载硫(渗硫步骤)
将实施例或对比例合成的中空多孔碳材料作为正极载体与硫粉按照4：6比例混合，研磨均匀后，在惰性气氛下加热至155℃并保温12小时；待自然冷却至室温后完成渗硫。
(2)正极片的制备
将渗硫后的中空多孔碳材料、导电炭黑Super P和粘结剂PVDF按质量比8:1:1混合后置于小烧杯中，滴加适量去离子水和乙醇，磁力搅拌12小时后获得浆料。将浆料涂覆于涂碳铝箔表面(涂覆厚度150微米)，涂覆好材料放置于真空烘箱中60℃干燥12小时。采用裁片机将极片裁成直径12mm的圆片，用压力机约20MPa的力将圆片压实，即得到所需正极片。
(3)锂硫电池的制备
将步骤(2)制备的正极片和负极片、隔膜按照本领域常规的方式组装，得到锂硫电池。
锂硫电池性能测试
取上述实施例和对比例中制备的中空多孔碳材料作为正极材料制备获得的锂硫电池，按照如下方法进行电池性能测试，测试结果见表2。
【首次库伦效率】
通过在电流恒定条件下，对电池进行连续充放电循环。在Neware电池测试系统下完成，电压窗口采用1.7-2.8V，首圈充放电电流密度采用0.1C(由于单质硫理论容量为1675mAh/g，所以1C＝1675Ah/g)，首圈充电容量/首圈放电容量*100％＝首圈库伦效率。
【循环性能】
通过在电流恒定条件下，对电池进行连续充放电循环。在Neware电池测试系统下完成，电压窗口采用1.7-2.8V，头3圈采用0.1C充放电电流密度进行预循环，之后以1C充放电电流密度进行循环性能测试。
【倍率性能】
通过在电流恒定条件下，对电池进行连续充放电循环。在Neware电池测试系统下完成，电压窗口采用1.7-2.8V。第1-10圈采用0.1C充放电电流密度进行循环，第10-20圈采用0.2C充放电电流密度进行循环，第20-30圈采用0.5C充放电电流密度进行循环，第30-40圈采用1C充放电电流密度进行循环，第40-50圈采用2C充放电电流密度进行循环，第50-60圈采用0.2C充放电电流密度进行循环，第60-100圈采用0.1C充放电电流密度进行循环。
表2
Figure BDA0003444761050000111
Figure BDA0003444761050000121
发明人在研究中发现，相比使用造孔剂制备中空多孔碳材料，使用本发明公开的方法制备的中空多孔碳材料孔径大小和比表面积十分稳定，材料一致性佳，这使得制备获得的电池质量稳定。
测试例、一致性检验
使用实施例1、实施例6、实施例7和对比例1中的方法制备中空多孔碳材料，重复10次。使用孔径分析仪测定制备所得中空多孔碳材料的孔径和比表面积。结果见表3。
表3
Figure BDA0003444761050000122
而对比例1提供的方法制备的材料孔径范围为5～50nm，明显较宽，且比表面积差距较大，本发明提供的方法制备的材料孔径分布较窄，比表面积差距小。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种制备中空多孔碳材料的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
先将所述第一有机碳化物溶解于含有表面活性剂的水溶液中，再加入所述第二有机碳化物形成混合液，并进行反应，反应结束后热解，即得所述中空多孔碳材料；
其中，所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的碳化产率不同；
所述第一有机碳化物和所述第二有机碳化物的质量比为1:1至3:1；
所述第一有机碳化物为蔗糖；
所述第二有机碳化物为酚醛树脂；
所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、山梨糖醇酐单油酸酯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂的质量百分含量为0.5wt.%至3wt.%；
和/或，所述混合液的pH为7至10；
和/或，所述反应的时间为15至20小时；
和/或，所述热解的温度为500至1400℃；
和/或，所述热解的时间为1至5小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
先将蔗糖溶解于含有表面活性剂的水溶液中，并用调节pH为7至10；
再依次加入间苯二酚和甲醛溶液形成混合液，反应15至20小时，得到酚醛树脂包覆的蔗糖小球；
将所述酚醛树脂包覆的蔗糖小球热解，即得所述中空多孔碳材料。
4.一种中空多孔碳材料，其特征在于，所述中空多孔碳材料通过如权利要求1至3任一项所述的方法制备获得。
5.根据权利要求4所述的中空多孔碳材料，其特征在于，所述中空多孔碳材料的孔径为2至25nm；
和/或，所述中空多孔碳材料的比表面积为20至200 m2/g。
6.一种负极，其特征在于，所述负极包括集流体和覆盖于集流体的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括权利要求4或5所述的中空多孔碳材料。
7.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求6所述的负极、正极、隔膜和电解液。
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