[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

本發明公開了一種固硫用復合多孔碳，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。先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；再將硫載入多孔碳中，得到載硫多孔碳；然后將載硫多孔碳置入氯化鐵溶液中，待氯化鐵溶液完全被吸收后，再置入噻吩水溶液中，靜置、離心分離，得到固硫用復合多孔碳。本發明工藝獨特、載硫量高，對共聚硫的溶解有較好的抑制作用，循環壽命長。

技術領域

本發明涉及多孔碳及其制備方法，尤其是鋰硫電池固硫用復合多孔碳及其制備方法。

背景技術

新能源汽車是我國近年來大力發展的一個產業領域，近年來，新能源汽車產銷量呈現井噴式增長，其中電動車銷量從2008年的500輛到2017年的77萬輛，短短十年銷量激增1540倍。電動車的快速發展為動力電池提供了廣闊的市場，現有的動力電池主要為鋰離子電池和鉛酸電池。

隨著國家對環保的愈加重視，以及電動車市場對動力電池能源密度需求的不斷提高，鉛酸電池和鋰離子電池已經很難在未來滿足環境或能量密度的要求，開發環保、高能動力電池成為必需。

鋰硫電池具有高能量、環保的特點，然而，該電池的正極為硫，即使在醚類電解質中仍易發生硫的溶解，導致正極活性物質降低、電解液極性增加，這些因素均不利于鋰硫電池的循環壽命。為了將硫固定在正極，人們提出了共聚硫的概念，然而，在實際電池應用中，共聚硫仍會存在明顯的溶解現象。

為了抑制硫溶解，本發明提供了一種專用于鞏固硫的復合多孔碳材料及其制備方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種新的鋰硫電池固硫用復合多孔碳及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

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孔隙比率≥70%。

優選的，所述固硫用復合多孔碳為核殼結構，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%，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%，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%。

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；

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。

優選的，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。

優選的，所述蔗糖與高殘碳多元醇的質量比為(3~5):1，所述高殘碳多元醇為淀粉、環糊精、木質素中的一種或多種；