[發明專利]鋰-空氣電池正極使用多孔碳材料

有效

• 申請號: 201210496044.9
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103855394A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 張華民;李婧;張益寧;王美日;聶紅嬌;周偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.鋰-空氣電池正極使用多孔碳材料，其特征在于：所述碳材料具有相互貫通的分級孔結構，分級孔包括傳質孔和沉積孔，沉積孔占總孔孔體積的40~95%，傳質孔占總孔孔體積的4~55%，其余為孔徑小于5nm的孔，沉積孔孔徑為5~90nm，傳質孔孔徑為0.1~6um，傳質孔間相互間距為0.1~8um，傳質孔通過沉積孔相互連通，碳材料的總孔容為0.5~5cm³/g。

2.根據權利要求1所述的多孔碳材料，其特征在于：所述多孔碳材料采用溶膠凝膠法結合活化法或溶膠凝膠法結合發泡法制備而成。

3.根據權利要求2所述的多孔碳材料，其特征在于：所述多孔碳材料采用溶膠凝膠法結合活化法制備而成，包括在其碳化過程中活化，或對溶膠凝膠法制得的碳材料進行后活化，二者中的一種或二種結合使用。

4.根據權利要求3所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述溶膠凝膠法結合活化法中在碳化過程中活化，包括以下一種或兩種以上方法結合進行：

（1）所述溶膠凝膠法在碳化過程中物理活化，具體制備方法如下：將間苯二酚分散于溶劑中，然后滴加甲醛溶液，30~80℃下攪拌混合均勻直至反應形成凝膠；將凝膠60～100℃下真空干燥老化3~10天處理，取出后粉碎研磨，得到固體粉末；惰性氣氛下高溫碳化，并碳化過程中通入水蒸氣或CO₂，即得多孔碳材料；

（2）所述溶膠凝膠法在碳化過程中催化活化，具體制備方法如下：將間苯二酚分散于溶劑中，然后添加金屬鹽或金屬氫氧化物前驅體繼續溶解分散，然后滴加甲醛溶液，30~80℃下攪拌混合均勻直至反應形成凝膠；將凝膠60～100℃下真空干燥老化3~10天處理，取出后粉碎研磨，得到固體粉末；經高溫惰性氣氛下碳化后用酸或堿除去金屬鹽或金屬氫氧化物，經過濾、干燥，即得多孔碳材料。

5.根據權利要求4所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述間苯二酚和溶劑按0.1～8ml溶劑/1g間苯二酚的比例；溶劑為水、乙醇、異丙醇或乙二醇，間苯二酚與甲醛的摩爾比為1:1～5:1，所述甲醛溶液的質量濃度為30～40%；碳化所使用的惰性氣體為N₂、Ar中的一種，進氣流量控制在2~100ml/min，碳化溫度范圍在500~1700℃，碳化時間控制在1~10h；

其中，活化法中通入惰性氣體為N₂、Ar中的一種，進氣流量控制在2~100ml/min，碳化溫度范圍在500~1700℃，碳化時間控制在1~10h；增加使用的水蒸氣或CO₂進氣流量控制在2~100ml/min；活化時間控制在10min~3h；

所述金屬鹽或金屬氫氧化物前驅體為含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的一種或二種以上金屬鹽或金屬氫氧化物；金屬鹽為金屬的硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、鹵化物、二亞硝基二胺鹽、乙酰丙酮化物、或大環絡合物及卟啉化物、酞箐化物中的一種或二種以上；其中金屬鹽或金屬氫氧化物與間苯二酚的質量百分比范圍為1~15%；去除碳化后的金屬鹽或金屬氫氧化物使用的酸溶液為0.5~3M鹽酸、硫酸或硝酸，堿溶液為0.5~3M氫氧化鈉溶液。