[發明專利]一種氮摻雜卵黃狀碳球/石墨烯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010562516.0
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111816872B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李梅;林振航;寧瑤;張云強
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
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本發明涉及一種氮摻雜卵黃狀碳球/石墨烯復合材料的制備方法。其制備步驟如下：將去離子水與無水乙醇超聲后倒入三口瓶中，加入少量氨水，將三口瓶置冷浴中攪拌。加入1.0~3.0 g間苯二酚，攪拌溶解。將三聚氰胺與甲醛在60 ^oC水浴中攪拌溶解后加入三口瓶，攪拌一段時間后加入甲醛溶液，攪拌24 h。將產物離心洗滌多次后冷凍干燥，低溫預碳化樣品。稱取0.1~0.6 g產物，與氧化石墨分散溶液進行共混，攪拌4小時后，加入含有1.6~2.4 g KOH溶液繼續攪拌1 h，冷凍干燥。將產物高溫碳化處理。再將碳化產物酸洗，去除殘留的KOH及高溫熱處理過程中生成的鹽類，然后離心洗滌至中性，即可得到氮摻雜卵黃狀碳球與石墨烯復合的電極材料。本發明制得的氮摻雜卵黃狀碳球/石墨烯復合材料，能夠極大的提升該石墨烯基復合材料的導電性與儲能性。

技術領域

本發明屬于新能源電子材料技術領域，涉及一種氮摻雜卵黃狀碳球/石墨烯復合材料的制備方法。

背景技術

當今全球能源危機日益嚴重，人們急于尋找到一種新型的具有應用前景的儲能體系。鋰硫電池因以儲量豐富、成本低廉以及無毒無污染的硫單質作為正極活性材料，其理論比容量以及能量密度分別高達1675 mAh g^-1和2600 Wh kg^-1，越來越受到科學家們的關注。但是由于鋰硫電池在放電過程中產生的多硫化物溶解在電解液中發生穿梭效應，以及在此過程中活性物質-單質硫發生~80%的較大體積變化，使得鋰硫電池存在利用率低和循環性差等缺點，進而限制了其實際應用性。為了解決上述問題，人們設計了多種方案來提升鋰硫電池的儲能性，例如制備出負載硫的導電基體材料；在正極與隔膜之間加入夾層材料阻止多硫化物穿梭等等，這些方案雖然可以在一定程度上緩解上述部分問題，但具體實施步驟均較為復雜，很難做到商業化應用。因此，急需找到一種性能良好，且易制備的材料來進一步全面解決上述問題。

石墨烯具有質量輕，化學穩定性高和比面積高等優點，研究表明將其作為電極材料組分使用時，能夠有效的增強電極材料的導電性及電化學儲能性。例如，Zhang等人在合成密胺樹脂中空碳球的基礎上將其與石墨烯復合，并用于鋰離子電池負極材料，其展現出卓越的儲鋰性，在0.1 A g^-1的電流密度下，該復合材料的放電比容量高達1700 mA h g^-1，這一數值遠高于單純密胺樹脂中空碳球的比容量（1200 mA h g^-1），這說明密胺樹脂中空碳球與石墨烯之間形成了協同作用，極大的增強了電化學性能（Zhang Y, Ma Q, Wang S, etal. Poly(vinyl alcohol)-Assisted Fabrication of Hollow Carbon Spheres/ReducedGraphere Oxide Nanocomposites for High-Performance Lithium-Ion Battery Aondes[J]. ACS Nano, 2018, 12(5): 4824-4834.）。Wang等人利用石墨烯包裹住單質硫，將其作為鋰硫電池正極材料使用時，能夠有效地降低正極材料的體積變化率，防止正極形貌和結構發生改變，避免硫與導電骨架的脫離，從而降低電極材料的容量衰減。此外，在充放電過程中，所制備的該正極材料還能夠及時捕捉到可溶解的多硫化物，減少了穿梭效應的產生（Wang H, Yang Y, Liang Y, et al. Graphere-Wrapped Sulfur Particles as aRechargeable Lithium-Sulfur Battery Cathode Material with High Capacity andCycling Stability[J]. Nano letters. 2011,11(7):2644-2647.）。然而從目前來看，石墨烯基復合材料在鋰硫電池領域中的應用并未達到理想效果，其他具有特殊結構和形貌的石墨烯基復合材料仍有待于開發。將氮摻雜卵黃狀酚醛樹脂基衍生碳球與石墨烯復合，制備的具有超高比容量和卓越循環穩定性的鋰硫電池正極材料，屬于新型鋰硫電池儲能材料，仍未見報道。

發明內容