[發明專利]一種納米羥基磷灰石多孔炭復合物及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710840556.5
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107681092B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 黃雅欽;劉乃強
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/052
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司 11294
• 代理人: 吳寶泰

本發明涉及一種納米羥基磷灰石多孔炭復合物及其制備方法與應用，所述復合物吸附劑由納米粒徑羥基磷灰石和多孔炭組成，所述的納米粒徑羥基磷灰石的粒徑為10?50 nm，其所占比重為60%?20%；所述的多孔炭比表面積高達3000m²/g，其所占比重為40%?80%。所述納米羥基磷灰石及高的比表面積多孔炭成分對多硫離子具有較好的吸附能力，能夠限制多硫離子向鋰硫電池負極的擴散，且復合物具有較好的導電性，對多硫離子能實現再利用，可用作鋰硫電池多硫離子吸附劑改善鋰硫電池活性物質利用率，防止活性物質循環中丟失，改善電池的循環性能。

技術領域

本發明屬于納米復合物材料技術領域，具體涉及一種納米羥基磷灰石多孔炭復合物及其制備方法與應用。

背景技術

硫具有高的比容量同時硫儲量豐富，因此鋰硫電池有望成為下一代動力電池發展的潛在能量轉化系統。目前多硫化鋰的溶解穿梭問題依然是發展鋰硫電池的巨大阻礙。隨著多硫的溶解穿梭，鋰硫電池的比容量快速衰減。隨著鋰硫電池的研究，越來越多的研究者將注意力集中到了將溶解的多硫進行吸附固定上，對多硫強吸附固定材料成為了研究的熱點。具有較高的比表面積多孔炭材料對多硫化鋰具有較好的吸附性能。然而單純的物理吸附作用在電池長期的循環充放電中將不斷的消減。

同時在我們的研究結果表明納米粒徑羥基磷灰石對于多硫化鋰具有很好的化學吸附作用，然而納米羥基磷灰石較差的導電性將導致多硫的再利用較差，因此如何提高納米粒徑無機物導電性提高對多硫化鋰的吸附利用成為了我們研究的目標。

為了提高吸附多硫離子的能力，增強鋰硫電池電化學性能，一些具有化學鍵合多硫的納米化合物相繼被用于鋰硫電池改善多硫的吸附能力。常見的納米化合物包括TiO₂,ZnO,MgO等，然而此類納米粒徑金屬氧化物的制備條件復雜，制備工藝復雜，生產成本較高。此外雖然此類納米粒徑化合物具有很強的化學耦合多硫的能力，但是其自身多為半導體材料，導電性較差，對吸附固定的長鏈多硫化物利用率較低。因此，和多孔炭材料結合制備多孔炭納米粒子無機物復合物成為提高多硫利用率同時有效吸附多硫的良好途徑。然而多孔炭材料復雜納米粒子制備過程較為復雜，納米粒子在多孔炭基體中分散較差，粒徑均勻性差易于團聚形成大顆粒。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米羥基磷灰石多孔炭復合物及其制備方法及在鋰硫電池中應用，彌補羥基磷灰石導電性差，對多硫化物利用率低，多孔炭物理吸附多硫能力較弱等問題。本發明選用動物骨作為制備復合物的起始原料，利用KOH作為活化造孔劑制備成立了具有良好吸附多硫化物能力的無機物多孔炭復合物，制備了納米羥基磷灰石顆粒均勻分散于多孔炭基體的復合材料。

動物骨，在其微觀結構中，羥基磷灰石以納米粒徑分散的膠原纖維的有機基體之中，可通過碳化并結合活化造孔，限制羥基磷灰石的團聚，使其形成較小納米粒徑，同時有機基體被碳化形成無定形碳，再經由造孔劑高溫刻蝕形成多孔形貌。形成的納米粒徑羥基磷灰石對多硫化物具有較強的吸附能力，同時也能復合在多孔炭基體中實現多硫化物的再利用。多孔炭基體負載了納米羥基磷灰石，同時具有較高的比表面積，有利于多硫化鋰的吸附和較好的導電性和導離子型。因此該納米羥基磷灰石多孔炭復合物對多硫化鋰具有較強的吸附能力，同時能夠很好的改善鋰硫電池的容量和循環性能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案，一種納米羥基磷灰石多孔炭復合物，其制備的初始原料為動物骨，所述吸附劑中羥基磷灰石以納米粒徑分散，炭材料為多孔結構。

進一步的，所述吸附劑由納米粒徑羥基磷灰石和多孔炭組成，所述的納米粒徑羥基磷灰石的粒徑為10-50 nm, 優選為20nm，其所占比重為60%-20%； 所述的多孔炭比表面積高達3000m²/g，其所占比重為40%-80%。

本發明還保護所述納米羥基磷灰石多孔炭復合物的制備方法，包括以下步驟：

（1）動物骨前期預處理: 取適量的動物骨洗滌，破碎后干燥處理；