[发明专利]基于玉米芯的生物质多孔碳及碳硫复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种基于玉米芯的生物质多孔碳制备方法，本发明还涉及一种基于玉米芯的生物质多孔碳硫复合材料制备方法。

背景技术

锂硫电池具有超高的理论比容量(1675mA·h·g^-1)，其成本廉价、安全性高，是一种应用前景广阔的二次电池体系。然而锂硫电池单质硫正极材料为绝缘材料(常温下电导率为5×10^-30S·cm^-1)，在充放电过程中中间产物长链多硫化锂(Li₂S_n,4≤n≤8)易溶解在电解液中，在硫正极和锂负极之间发生穿梭效应，并与锂负极发生反应在电极表面形成绝缘和不溶解的Li₂S₂/Li₂S的沉积物，从而阻止了电子和离子的传输，致使其活性物质利用率较低且容量衰减快，极大地降低了其实际应用价值。

针对以上问题，研究人员从电解液的开发、负极的改变或修饰，正极的复合等方面开展了大量工作。其中单质硫与导电碳材料作为复合正极材料是锂硫电池研究的重要方向，而多孔碳材料不仅具有良好的导电性、而且具有大量的孔结构和较大的比表面积，能有效提高载流量和电池容量。另外多孔碳较大的孔容可以缓冲循环过程中的体积应变，保证稳定的电极结构和优良的循环性能。

生物系统作为一个巨大的资源库，可为锂硫电池提供了丰富的多孔碳原料，中国发明申请，申请公布号为CN105742609A，公开了一种“水绵基生物质碳材料/纳米硫复合材料的制备方法”，该方法以水绵为材料，可制备出电学性能优越的碳硫复合材料。但是将该方法用在其他生物质上，尤其是材质本身远差于水绵的，其制备出的碳硫复合材料的电学性能往往不太理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于玉米芯的生物质多孔碳制备方法，能利用玉米芯生物质制备出电学性能较好的多孔碳。

本发明的另一个目的是提供一种基于玉米芯的生物质多孔碳硫复合材料制备方法，能利用玉米芯生物质制备出电学性能较好的多孔碳硫复合材料，解决多孔碳和硫复合的问题。

本发明所采用的第一个技术方案是，基于玉米芯的生物质多孔碳制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将玉米芯先用去离子水浸泡中并进行超声清洗，然后用乙醇对玉米芯进行洗涤，直至乙醇澄清；

步骤2，将经步骤1得到的玉米芯置于干燥箱中干燥；

步骤3，将经步骤2得到的玉米芯放在球磨机中球磨，得到玉米芯细粉；

步骤4，将经步骤3得到的玉米芯细粉放入充满惰性气体的碳化炉中，碳化炉先以1℃-15℃/min的升温速率升至500℃-900℃，然后在此温度下进行0.5h-5h的保温碳化，之后炭化炉冷却至室温得到生物质碳；

步骤5，先按质量比为0.5-5:1分别称取与氢氧化钾和经步骤4中得到的生物质碳，然后将称取的氢氧化钾和生物质碳加入去离子水中搅拌形成混合液，混合液在恒温下蒸发至形成泥糊状物质；

步骤6，将经步骤5得到的泥糊状物质放入干燥箱中干燥，得到活化的生物质碳；

步骤7，将经步骤6得到的活化的生物基碳放入充满惰性气体的碳化炉中，碳化炉先以1℃-15℃/min的升温速率升至500℃-900℃，然后在此温度下进行0.5h-5h的保温碳化，之后炭化炉冷却至室温得到多孔碳。

本发明第一种技术方案的特点还在于：

在所述步骤2中：所述干燥箱的干燥温度分别为60℃，干燥时间为6h-12h。

在所述步骤6中：所述干燥箱的干燥温度分别为60℃，干燥时间为48h。

在所述步骤3中：球磨机的转速为500r/min-1000r/min，球磨时间为2h-5h。

在所述步骤4中：所述惰性气体为氮气或氩气。

在所述步骤5中：所述恒温为80℃-100℃。

在所述步骤1中：所述玉米芯的厚度不大于5mm。

本发明所采用的第二个技术方案是，基于玉米芯的生物质碳硫复合材料制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，先用盐酸浸泡所述多孔碳，再向盐酸中加入去离子水直至盐酸的PH值为7；

步骤2，将经步骤1得到多孔碳放入干燥箱中，在60℃下干燥6h-12h。

步骤3，按质量比为2-4:1的质量比分别称取硫与经步骤2得到的多孔碳并添加到球磨机中，通过球磨机的球磨作用使硫与多孔碳混合均匀，形成混合粉料；