[發明專利]鈷鎳催化蜜胺泡沫合成多孔碳的制備及在鋰硫電池的應用

有效

• 申請號: 202111465828.0
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114229823B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 李新躍;賀丹;吳函容;嚴鎮瀚;劉乃強
• 申請（專利權）人: 四川輕化工大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 呂玲

本發明屬于鋰硫電池電極材料制備技術領域，具體為鈷鎳催化蜜胺泡沫合成多孔碳的制備及在鋰硫電池的應用。該方法包括以下步驟：1)將硝酸鈷和乙酸鎳倒入容器中，再加入去離子水攪拌直至完全溶解無沉淀；2)將蜜胺泡沫放入坩堝中，將步驟1)得到的溶液均勻倒在蜜胺泡沫上，放至干燥箱中干燥，得樣品；3)將步驟2)中干燥后的樣品放入管式爐，通氮氣，去除管內的空氣，升至一定溫度后保溫一定時間，待反應結束后，隨爐冷卻至室溫，取出樣品，得到鈷鎳催化蜜胺泡沫的多孔碳材料。該鈷鎳催化蜜胺泡沫合成多孔碳材料具有很好的導電性，比表面積大、孔隙率高，可以有效提升鋰硫電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池電極材料制備技術領域，具體為一種鈷鎳催化蜜胺泡沫合成多孔碳的制備及在鋰硫電池的應用。

背景技術

鋰硫電池，由于其理論比容量高達1675mAhg^-1，理論比能量為2600Whkg^-1，而且該電池正極材料中所使用的單質硫在自然界中的儲量非常豐富(地殼中含量為0.048％)，還具有對環境友好等特點，在未來新能源車的應用上有著很好的前景。鋰硫二次電池是應用單質硫作為正極、金屬鋰作為負極，以及電解液、隔膜所組成的二次電池體系。

雖然鋰硫電池在理論上具有很高的比容量和能量密度，但是在實際應用方面中，仍舊有很多核心問題沒有解決：首先硫和Li₂S的導電性差，極大地影響了鋰硫電池的電化學性能，結果往往會導致高的電荷轉移阻抗和單質硫的利用率極低，從而難以實現高的放電容量。其次體積膨脹問題，硫的密度(2.36g/cm³)是Li₂S(1.66g/cm³)的1.4倍左右，在充放電過程中會產生約80％的體積膨脹，導致活性物質破碎和脫落、電極結構的不穩定、電池容量的快速衰減。穿梭效應也是鋰硫電池的痛難點，在放電前期，形成的多硫化鋰(LiPs)溶解到電解液中，LiPs移動向負極并與金屬鋰發生還原反應；電勢差驅使LiPs從負極側移動到正極側，這也就是電勢差與濃差極化之間的較量，就會導致活性物質在正負極之間來回穿梭，即所謂的“穿梭效應”，穿梭效應使得活性物質利用率降低，使電極結構遭到破壞，從而降低鋰硫電池的電化學性能。研究者們將絕緣性單質硫和導電性能優異的碳材料進行復合，可以有效地解決硫導電性差的問題。多孔碳/硫復合材料的理想結構可以用于解決不同的問題，不僅可以提高導電性，還能夠束縛包含在正極區域電解質中的可溶性多硫化物，最大限度地降低硫的浸出，并緩解電化學反應過程中硫的體積膨脹收縮。因此，多孔碳材料在鋰硫電池的實際應用中是非常具有前途的一類碳材料。

蜜胺樹脂具有成本低廉、穩定性好等優點，以其為基體制備新型多孔材料已經在某些領域中被廣泛應用了。以蜜胺樹脂作為基體制備的蜜胺樹脂基多孔碳材料，主要是借助于鈷鎳高溫催化蜜胺泡沫碳化，制備出多孔碳材料。

發明內容

本發明的目的在于為解決鋰硫電池單質硫絕緣性、多硫化物穿梭效應和體積膨脹等問題，提供一種鋰硫電池用鈷鎳催化蜜胺泡沫合成多孔碳電極材料的制備方法，該鈷鎳催化蜜胺泡沫合成多孔碳材料具有很好的導電性，比表面積大、孔隙率高，可以有效提升鋰硫電池的電化學性能。

為了實現以上發明目的，本發明點具體技術方案為：

一種鈷鎳催化蜜胺泡沫的多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將硝酸鈷和乙酸鎳倒入容器中，再加入去離子水攪拌直至完全溶解，無沉淀；

2)將蜜胺泡沫放入坩堝中，將步驟1)得到的溶液均勻倒在蜜胺泡沫上，干燥，得樣品；

3)將步驟2)中干燥后的樣品放入管式爐，通氮氣，去除管內的空氣，升至一定溫度后保溫一定時間，待反應結束后，隨爐冷卻至室溫，取出樣品，得到鈷鎳催化蜜胺泡沫的多孔碳材料。

作為本申請中一種較好的實施方式，蜜胺泡沫與步驟1)得到的溶液的質量比為2:25～30。