[發(fā)明專利]一種碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210567459.4
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114956038B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃建林;牟機(jī)熔;歐歷棋
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/205;C01B32/949;B82Y40/00;B82Y30/00;H01M4/62;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/38;H01M10/39
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 周調(diào)云

本發(fā)明公開了一種碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒的制備方法包括以下步驟：1)制備羧基化聚苯乙烯微球；2)制備ZIF?8和磷鉬酸共修飾的羧基化聚苯乙烯微球；3)將ZIF?8和磷鉬酸共修飾的羧基化聚苯乙烯微球置于保護(hù)氣氛中，進(jìn)行煅燒，即得碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒。本發(fā)明的碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒不僅可以提高硫的負(fù)載和多硫化物的吸附，而且有利于促進(jìn)硫與多硫化物之間的轉(zhuǎn)化，其制備方法簡單、生產(chǎn)成本低，將其與升華硫復(fù)合制成正極材料后再組裝成的鈉硫電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，適合進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及室溫鈉硫電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著電動汽車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)的快速發(fā)展，兼具高能量密度和低成本的新型電池的開發(fā)成為了研究熱點(diǎn)。室溫鈉硫電池具有能量密度高、原材料儲量豐富、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為了有前途的下一代儲能器件候選者之一。然而，由于硫及放電產(chǎn)物的絕緣性、多硫化物的“穿梭效應(yīng)”、體積膨脹等因素的影響，室溫鈉硫電池存在循環(huán)性能差、倍率性能差、庫侖效率低等一系列問題，限制了室溫鈉硫電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

因此，開發(fā)一種高效的催化劑作為硫正極載體，實(shí)現(xiàn)對多硫化鈉的錨定和催化其快速轉(zhuǎn)化，對于解決室溫鈉硫電池的“穿梭效應(yīng)”和提高電池的性能具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒的制備方法包括以下步驟：

1)將苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、pH調(diào)節(jié)劑和引發(fā)劑分散在水中，進(jìn)行反應(yīng)，得到羧基化聚苯乙烯微球；

2)將羧基化聚苯乙烯微球、鋅鹽、磷鉬酸和2-甲基咪唑分散在甲醇中，進(jìn)行反應(yīng)，得到ZIF-8和磷鉬酸共修飾的羧基化聚苯乙烯微球；

3)將ZIF-8和磷鉬酸共修飾的羧基化聚苯乙烯微球置于保護(hù)氣氛中，進(jìn)行煅燒，即得碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒。

優(yōu)選的，步驟1)所述苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸的摩爾比為1:0.03～0.07:0.03～0.07。

優(yōu)選的，步驟1)所述pH調(diào)節(jié)劑為碳酸氫銨、碳酸氫鈉中的至少一種。

優(yōu)選的，步驟1)所述pH調(diào)節(jié)劑的添加量為苯乙烯質(zhì)量的0.02％～0.03％。

優(yōu)選的，步驟1)所述引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的至少一種。

優(yōu)選的，步驟1)所述引發(fā)劑的添加量為苯乙烯質(zhì)量的0.025％～0.035％。

優(yōu)選的，步驟1)所述反應(yīng)在70℃～90℃下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為10h～15h。

優(yōu)選的，步驟2)所述鋅鹽、磷鉬酸、2-甲基咪唑的摩爾比為1:0.8～2.4:6～10。

優(yōu)選的，步驟2)所述鋅鹽為硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅中的至少一種。

優(yōu)選的，步驟2)所述反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為15h～20h。

優(yōu)選的，步驟3)所述保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥铡鍤鈿夥罩械囊环N。

優(yōu)選的，步驟3)所述煅燒的具體操作為：以3℃/min～5℃/min的升溫速率升溫至800℃～1000℃，再保溫1h～3h。

一種碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒，由上述制備方法制成。

一種室溫鈉硫電池正極材料，其組成包括上述碳化鉬修飾的中空氮摻雜碳顆粒和升華硫。