[發明專利]鋰-空氣電池正極用多孔碳材料

有效

• 申請號: 201210496351.7
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103855412A
• 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: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;C01B31/02
• 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：所述碳材料采用溶膠凝膠法結合模板法或溶膠凝膠法結合模板法和活化法制備而成。

3.根據權利要求2所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述碳材料采用溶膠凝膠法結合模板法按如下過程制備而成，

將間苯二酚和模板分散于溶劑中，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；經高溫惰性氣氛下碳化后用酸或堿除去模板，經過濾、干燥，即得多孔碳材料。

4.根據權利要求2所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述碳材料采用溶膠凝膠法結合模板法和活化法按如下過程制備而成：

將間苯二酚和模板分散于溶劑中，然后添加金屬鹽或金屬氫氧化物繼續溶解分散，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模板和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：

所述金屬鹽或金屬氫氧化物為含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%。

6.根據權利要求3或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；間苯二酚與甲醛的摩爾比為1:1～5:1，其中模板和間苯二酚的質量百分比范圍為5~300%，所述甲醛溶液的質量濃度為30～40%，碳化所使用的氣體為N₂或Ar，碳化溫度范圍在500~1700℃，碳化時間控制在1~10h。

7.根據權利要求3或4所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述模板為SiO₂溶膠、沸石、Al₂O₃、介孔SiO₂、氧化鎂、醋酸鎂、葡萄糖酸鎂、氧化銅、氧化鋅、氧化亞鐵、三氧化二鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、四氧化三鐵、二氧化錫、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、三氧化鉬、三氧化二釩、氧化鈦納米粉體、金屬鎳氫氧化物、金屬鐵氫氧化物、金屬鎂的氫氧化物、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種或多種，其中模板粒徑尺寸范圍在5~8000nm。

8.根據權利要求3或4所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述溶劑為乙醇、異丙醇、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種或二種以上。

9.根據權利要求3或4所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述去除模板使用的酸溶液為0.5~3M鹽酸、硫酸、硝酸或氫氟酸，堿溶液為0.5~3M氫氧化鈉溶液。

10.根據權利要求4所述的多孔碳材料，其特征在于：

所述去除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。