[發(fā)明專利]基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳及碳硫復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710641106.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN107689445A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 燕映霖;李巧樂;魏一奇;史忙忙;楊蓉;許云華;陳利萍;秦海超;任冰;樊潮江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/052
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳制備方法，本發(fā)明還涉及一種基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳硫復(fù)合制備方法。

背景技術(shù)

鋰硫電池具有超高的理論比容量(1675mA·h·g^-1)，其成本廉價(jià)、安全性高，是一種應(yīng)用前景廣闊的二次電池體系。然而鋰硫電池單質(zhì)硫正極材料為絕緣材料(常溫下電導(dǎo)率為5×10^-30S·cm^-1)，在充放電過(guò)程中中間產(chǎn)物長(zhǎng)鏈多硫化鋰(Li₂S_n,4≤n≤8)易溶解在電解液中，在硫正極和鋰負(fù)極之間發(fā)生穿梭效應(yīng)，并與鋰負(fù)極發(fā)生反應(yīng)在電極表面形成絕緣和不溶解的Li₂S₂/Li₂S的沉積物，從而阻止了電子和離子的傳輸，致使其活性物質(zhì)利用率較低且容量衰減快，極大地降低了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

針對(duì)以上問題，研究人員從電解液的開發(fā)、負(fù)極的改變或修飾，正極的復(fù)合等方面開展了大量工作。其中單質(zhì)硫與導(dǎo)電碳材料作為復(fù)合正極材料是鋰硫電池研究的重要方向，而多孔碳材料不僅具有良好的導(dǎo)電性、而且具有大量的孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，能有效提高載流量和電池容量。另外多孔碳較大的孔容可以緩沖循環(huán)過(guò)程中的體積應(yīng)變，保證穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的循環(huán)性能。

生物系統(tǒng)作為一個(gè)巨大的資源庫(kù)，可為鋰硫電池提供了豐富的多孔碳原料，中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)，申請(qǐng)公布號(hào)為CN105742609A，公開了一種“水綿基生物質(zhì)碳材料/納米硫復(fù)合材料的制備方法”，該方法以水綿為材料，可制備出電學(xué)性能優(yōu)越的碳硫復(fù)合材料。但是將該方法用在其他生物質(zhì)上，尤其是材質(zhì)本身遠(yuǎn)差于水綿的，其制備出的碳硫復(fù)合材料的電學(xué)性能往往不太理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳制備方法，能利用玉米苞葉生物質(zhì)制備出電學(xué)性能較好的多孔碳。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳制備方法，能利用玉米苞葉生物質(zhì)制備出電學(xué)性能較好的多孔碳硫復(fù)合材料，解決多孔碳與硫的復(fù)合問題。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是：一種基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，用清洗液對(duì)玉米苞葉進(jìn)行洗滌，直至清洗液澄清；

步驟2，將經(jīng)步驟1得到的玉米苞葉置于真空干燥箱中干燥；

步驟3，將經(jīng)步驟2得到的玉米苞葉放入充滿惰性氣體的碳化爐中，碳化爐先以2℃-12℃/min的升溫速率升至300℃-900℃，然后在此溫度下進(jìn)行3-5h的碳化保溫，之后炭化爐冷卻至室溫得到生物質(zhì)碳；

步驟4，將經(jīng)步驟3中得到的生物質(zhì)碳和氫氧化鉀按照1：1-4的質(zhì)量比混合，然后加入去離子水中攪拌形成混合液，之后在恒溫下將混合液蒸發(fā)至形成粘稠狀物質(zhì)；

步驟5，將經(jīng)步驟4得到粘稠狀物質(zhì)放入烘箱中烘干，之后再放入充滿惰性氣體的碳化爐中，碳化爐先以2℃-12℃/min的升溫速率升至300℃-900℃，然后在此溫度下進(jìn)行3h-5h的碳化保溫，之后炭化爐冷卻至室溫得到多孔碳。

本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于：

在所述步驟1中：所用的清洗液為乙醇和去離子水。

在所述步驟1中：所述乙醇和去離子水對(duì)玉米苞葉進(jìn)行多次交替清洗。

在所述步驟2中：真空干燥箱進(jìn)行干燥的溫度為50℃。

在所述步驟3中：所述惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

在所述步驟4中：所述的恒溫為80℃。

本發(fā)明的所采用的第二種技術(shù)方案是，一種基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳硫復(fù)合材料制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1，按照質(zhì)量比為2-4：1分別稱取硫、所述多孔碳，將稱取的硫和多孔碳混合并添加到球磨機(jī)中，通過(guò)球磨機(jī)的球磨作用使硫與多孔碳混合均勻，形成混合粉料；

步驟2，將步驟1得到的混合粉料放入烘箱，在155℃-158℃下保溫10h-12h，然后冷卻至室溫得到多孔碳硫復(fù)合材料。

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳制備方法，以成本低廉的玉米苞葉生物質(zhì)為材料，先用清洗液將其洗滌干凈，然后再用氫氧化鉀進(jìn)行活化處理，最后放在炭化爐中進(jìn)行保溫碳化得到多孔碳，其制備方法相對(duì)簡(jiǎn)單，成本也低；(2)本發(fā)明基于玉米苞葉的生物質(zhì)多孔碳硫復(fù)合材料制備方法，通過(guò)將多孔碳和硫按照一定的質(zhì)量比混合，然后球磨至粉狀，最后將多碳孔與硫組成的粉狀混合物放在真空烘箱中進(jìn)行復(fù)合，得到多孔碳硫復(fù)合材料，大大降低了多孔碳硫復(fù)合材料的制備成本。