[發明專利]一種鋰·空氣或鋰氧電池正極用多孔碳材料

有效

• 申請號: 201310454904.7
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN104518226B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 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;C01B32/05
• 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. 一種鋰-空氣或鋰氧電池正極用多孔碳材料，其特征在于：所述碳材料顆粒粒徑為 1-30um，顆粒本身呈由碳片層構成的類蜂窩狀多孔結構，孔容為 0.5~5cm³/g，其內部包括二種孔，其中一種是由碳片層作為孔壁而構成的交錯貫通孔，另一種孔是均勻分布于孔壁內的孔；交錯貫通孔主要為二類孔徑范圍分別為 5~90 nm 和 100~500 nm 的孔，二者占貫通孔孔體積的 80%以上，二者孔體積比例為 1:10~10：1，碳片層厚度為 2-50 nm；孔壁內的孔主要為孔徑范圍為 1~10 nm 的孔，占孔壁內孔體積的 90%以上；所述的碳材料采用模板法結合氣體活化法按以下兩步法制備而成，首先采用模板法按如下過程制備原始碳材料，然后對其進行氣體后活化，在其碳顆粒內部構建所述的孔徑為 100~500 nm 的這部分孔道；

（1）模板法制備過程如下：

將碳前驅物和模板溶于去離子水或有機溶劑中，水浴加熱 40~85℃并機械攪拌，待水分或有機溶劑完全蒸發后在 60~80℃干燥；干燥后的產品進行碳化，碳化氣體為 N₂ 或 Ar，碳化溫度范圍在 500~1700℃，碳化時間控制在 1~8h，得到模板/碳復合物，用酸或堿溶液去除模板，經過濾、干燥，即得多孔碳材料；

（2）后活化過程如下：

將NH₃進行活化；活化溫度控制在 400~1300℃，活化時間控制在 10min~5h，活化氣體的進氣流量控制在 2~100 ml/min。

2.根據權利要求1所述的多孔碳材料，其特征在于：所述碳前驅物包括以下中的一種或二種以上：

（1）低分子的糖類，包括蔗糖、淀粉、麥芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇；

（2）小分子的有機物，包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯；

（3）高分子聚合物，包括中間相瀝青、聚乙二醇、苯酚甲醛樹脂或間苯二酚甲醛樹脂、聚苯胺、聚吡啶、三聚氰胺。

3.根據權利要求1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二種以上，其中模板粒徑尺寸范圍在 5~8000nm。

4.根據權利要求 1所述的多孔碳材料，其特征在于：所述模板與碳前驅物的質量百分比為 10~600%；碳前驅物在去離子水或有機溶劑中的濃度為 0.05~0.4g /ml；有機溶劑為乙醇、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；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。