[發明專利]一種鋰硫電池用碳材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201711249041.4
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN109873158B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 張洪章;張華民;楊曉飛;于瀅;李先鋒;陳雨晴
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種鋰硫電池用碳材料，其特征在于：

以金屬鹽與有機配體為原料，制備獲得金屬有機骨架（MOF）納米墻陣列生長于基底上，通過升溫碳化制成碳納米管交織多孔納米墻陣列碳材料；

所述的碳材料制備步驟如下，

（1）將有機配體和金屬鹽溶解在溶劑中，在溫度為20～50℃下攪拌0.5～2 h，使混合均勻；有機配體的濃度為0.01~2 M；金屬鹽的濃度為0.001~0.5 M；

所述有機配體為六亞甲基四胺；

所述金屬鹽為硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸銅中的一種或二種以上；

（2）將步驟（1）制備的混合物和基底轉入反應釜中，將反應釜置于馬弗爐或鼓風干燥箱中，從室溫起程序升溫至50~100℃，在該溫度下恒溫反應5~72 h，程序降溫至室溫，升溫速率為1～10℃ min^-1，降溫速率為1～5℃ min^-1；

（3）將步驟（2）得到的產物和基底置于二甲基咪唑溶液中，靜置4~48h，靜置溫度為 20~60℃，二甲基咪唑的濃度為0.05~1 M；

（4）將步驟（3）得到的產物和基底置于硝酸鹽溶液中，靜置4~48h，靜置溫度為 20~60℃，硝酸鹽的濃度為0.05~1 M；

（5）將步驟（4）得到的產物和基底置于管式爐內，從室溫起程序升溫碳化；其氣氛為Ar，N₂，體積含量1-10%H₂的H₂與Ar混合氣，或體積含量1-10%NH₃的NH₃和Ar混合氣；氣體流速為30～300 mL min^-1，升溫速率為1～20℃ min^-1，碳化溫度為300～2100 ℃，恒溫時間為1～15h；在碳化過程中通入或不通入乙烯氣體作為碳前驅體，通入乙烯氣體氣流量為5~100 mLmin^-1, 通氣時長為0.2~10 h；

（6）取出步驟（5）中的碳材料和基底，得到成品碳納米管交織多孔納米墻陣列碳材料。

2.如權利要求1所述的碳材料，其特征在于：

基底為金屬或非金屬基底；

所述金屬基底為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、銅片或鋁片；

所述非金屬基底為碳布，碳氈或碳紙。

3.如權利要求1所述的碳材料，其特征在于：

所述碳納米管交織多孔納米墻陣列碳材料中納米墻片的尺寸為0.1-50 μm，厚度為5-300 nm；

所述的碳納米管交織多孔納米墻陣列碳材料中碳納米管的直徑為5-100 nm,長度為1-30μm；

所述的碳納米管交織多孔納米墻陣列碳材料的比表面積為100～2000 m²g^-1，孔體積為0.1～2.5cm³g^-1。