[發明專利]固硫用復合多孔碳及其制備方法

有效

• 申請號: 201910916827.X
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110732314B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 石磊;余夢澤;邵浩明;王志勇;皮濤;黃越華
• 申請（專利權）人: 湖南中科星城石墨有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 匡治兵

1.固硫用復合多孔碳，其特征在于：所述固硫用復合多孔碳為多孔碳與聚噻吩的復合物，所述固硫用復合多孔碳為核殼結構，核殼結構的核心為多孔碳，核殼結構的殼為聚噻吩膜；

所述固硫用復合多孔碳的制備方法，包括以下步驟：

S1、將蔗糖與高殘碳多元醇的混合物為原料，通過水熱法制備出多孔碳前驅體，然后碳化處理，制得多孔碳，所述高殘碳多元醇為淀粉、環糊精、木質素中的一種或多種；

S2、通過氣相法將硫載入多孔碳中，得到載硫多孔碳；

S3、將載硫多孔碳置入氯化鐵溶液中，待氯化鐵溶液完全被吸入到載硫多孔碳后，再將吸收了氯化鐵溶液的載硫多孔碳置入噻吩水溶液中，靜置、離心分離，得到聚噻吩包裹的固硫用復合多孔碳；

所述固硫用復合多孔碳的孔隙率≥70%，所述固硫用復合多孔碳的孔隙以0.2 μm大孔為主、孔徑均勻、孔壁薄、通孔率≥90%，將固硫用復合多孔碳固定的硫與金屬鋰組成電池，經200周循環后硫的溶解量≤3%。

2.根據權利要求1所述的固硫用復合多孔碳，其特征在于：所述核殼結構的核心為高負載硫的多孔碳，核殼結構的殼為厚度10~50nm的聚噻吩膜；所有孔隙的體積與多孔碳體積的比率≥70%；所述固硫用復合多孔碳的載硫量≥90%。

3.固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將蔗糖與高殘碳多元醇的混合物為原料，通過水熱法制備出多孔碳前驅體，然后碳化處理，制得多孔碳，所述高殘碳多元醇為淀粉、環糊精、木質素中的一種或多種；

S2、通過氣相法將硫載入多孔碳中，得到載硫多孔碳；

S3、將載硫多孔碳置入氯化鐵溶液中，待氯化鐵溶液完全被吸入到載硫多孔碳后，再將吸收了氯化鐵溶液的載硫多孔碳置入噻吩水溶液中，靜置、離心分離，得到聚噻吩包裹的固硫用復合多孔碳。

4.根據權利要求3所述的固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

將蔗糖與高殘碳多元醇的混合物為原料，通過水熱法制備出多孔碳前驅體，然后將多孔碳前驅體在750~900℃之間進行碳化，制得多孔碳；再將硫載入到多孔碳中，得到載硫多孔碳，然后將載硫多孔碳置入1mol/L氯化鐵溶液中，所述載硫多孔碳與氯化鐵溶液的比例為100g：(30~80)mL，待氯化鐵溶液完全被吸入到載硫多孔碳后，再將吸收了氯化鐵溶液的載硫多孔碳置入pH值為5、濃度為3g/L的噻吩水溶液中，所述載硫多孔碳與噻吩水溶液的比例為1g ：(5～50)mL，靜置1~3h后離心分離，得到聚噻吩包裹的載硫多孔碳。

5.根據權利要求3或4所述的固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于：所述蔗糖與高殘碳多元醇的質量比為(3~5):1。

6.根據權利要求3或4所述的固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于：所述水熱法是指將蔗糖與高殘碳多元醇的混合物加入到水熱反應釜中，水熱介質為蒸餾水，水熱溫度為120~180℃，水熱保溫12~48h后自然冷卻，再在保護氣氛中噴霧干燥，得到多孔碳前驅體。

7.根據權利要求3所述的固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中，所述碳化處理是指將多孔碳前驅體在750~900℃之間碳化，碳化升溫速率為0.5~2℃/min，碳化在保護氣氛下進行，所述保護氣氛為非氧化氣氛，所述非氧化氣氛為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或多種。

8.根據權利要求3所述的固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中，通過氣相法將硫載入多孔碳中，所述氣相法是指將硫磺在隔絕空氣下加熱至硫蒸汽產生，用生成的硫蒸汽熏蒸多孔碳，得到載硫多孔碳。

9.根據權利要求3所述的固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中，將硫磺在隔絕空氣下加熱至500℃，生成的硫蒸汽熏蒸多孔碳，同時通過水冷方式冷卻多孔碳，熏蒸2h后得到高載硫量的載硫多孔碳。

10.根據權利要求3所述的固硫用復合多孔碳的制備方法，其特征在于：所述步驟S3中，將載硫多孔碳置入1mol/L氯化鐵溶液中，所述載硫多孔碳與氯化鐵溶液的比例為100g：(30~80)mL，待氯化鐵溶液完全被吸入到載硫多孔碳后，再將吸收了氯化鐵溶液的載硫多孔碳置入pH值為5、濃度為3g/L的噻吩水溶液中，所述載硫多孔碳與噻吩水溶液的比例為1g：（5～50）mL，靜置2h后離心分離，得到聚噻吩包裹的固硫用復合多孔碳。