[发明专利]一种纳米羟基磷灰石多孔炭复合物及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种纳米羟基磷灰石多孔炭复合物及其制备方法与应用，所述复合物吸附剂由纳米粒径羟基磷灰石和多孔炭组成，所述的纳米粒径羟基磷灰石的粒径为10‑50 nm，其所占比重为60%‑20%；所述的多孔炭比表面积高达3000m²/g，其所占比重为40%‑80%。所述纳米羟基磷灰石及高的比表面积多孔炭成分对多硫离子具有较好的吸附能力，能够限制多硫离子向锂硫电池负极的扩散，且复合物具有较好的导电性，对多硫离子能实现再利用，可用作锂硫电池多硫离子吸附剂改善锂硫电池活性物质利用率，防止活性物质循环中丢失，改善电池的循环性能。

技术领域

本发明属于纳米复合物材料技术领域，具体涉及一种纳米羟基磷灰石多孔炭复合物及其制备方法与应用。

背景技术

硫具有高的比容量同时硫储量丰富，因此锂硫电池有望成为下一代动力电池发展的潜在能量转化系统。目前多硫化锂的溶解穿梭问题依然是发展锂硫电池的巨大阻碍。随着多硫的溶解穿梭，锂硫电池的比容量快速衰减。随着锂硫电池的研究，越来越多的研究者将注意力集中到了将溶解的多硫进行吸附固定上，对多硫强吸附固定材料成为了研究的热点。具有较高的比表面积多孔炭材料对多硫化锂具有较好的吸附性能。然而单纯的物理吸附作用在电池长期的循环充放电中将不断的消减。

同时在我们的研究结果表明纳米粒径羟基磷灰石对于多硫化锂具有很好的化学吸附作用，然而纳米羟基磷灰石较差的导电性将导致多硫的再利用较差，因此如何提高纳米粒径无机物导电性提高对多硫化锂的吸附利用成为了我们研究的目标。

为了提高吸附多硫离子的能力，增强锂硫电池电化学性能，一些具有化学键合多硫的纳米化合物相继被用于锂硫电池改善多硫的吸附能力。常见的纳米化合物包括TiO₂,ZnO,MgO等，然而此类纳米粒径金属氧化物的制备条件复杂，制备工艺复杂，生产成本较高。此外虽然此类纳米粒径化合物具有很强的化学耦合多硫的能力，但是其自身多为半导体材料，导电性较差，对吸附固定的长链多硫化物利用率较低。因此，和多孔炭材料结合制备多孔炭纳米粒子无机物复合物成为提高多硫利用率同时有效吸附多硫的良好途径。然而多孔炭材料复杂纳米粒子制备过程较为复杂，纳米粒子在多孔炭基体中分散较差，粒径均匀性差易于团聚形成大颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米羟基磷灰石多孔炭复合物及其制备方法及在锂硫电池中应用，弥补羟基磷灰石导电性差，对多硫化物利用率低，多孔炭物理吸附多硫能力较弱等问题。本发明选用动物骨作为制备复合物的起始原料，利用KOH作为活化造孔剂制备成立了具有良好吸附多硫化物能力的无机物多孔炭复合物，制备了纳米羟基磷灰石颗粒均匀分散于多孔炭基体的复合材料。

动物骨，在其微观结构中，羟基磷灰石以纳米粒径分散的胶原纤维的有机基体之中，可通过碳化并结合活化造孔，限制羟基磷灰石的团聚，使其形成较小纳米粒径，同时有机基体被碳化形成无定形碳，再经由造孔剂高温刻蚀形成多孔形貌。形成的纳米粒径羟基磷灰石对多硫化物具有较强的吸附能力，同时也能复合在多孔炭基体中实现多硫化物的再利用。多孔炭基体负载了纳米羟基磷灰石，同时具有较高的比表面积，有利于多硫化锂的吸附和较好的导电性和导离子型。因此该纳米羟基磷灰石多孔炭复合物对多硫化锂具有较强的吸附能力，同时能够很好的改善锂硫电池的容量和循环性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种纳米羟基磷灰石多孔炭复合物，其制备的初始原料为动物骨，所述吸附剂中羟基磷灰石以纳米粒径分散，炭材料为多孔结构。

进一步的，所述吸附剂由纳米粒径羟基磷灰石和多孔炭组成，所述的纳米粒径羟基磷灰石的粒径为10-50 nm, 优选为20nm，其所占比重为60%-20%； 所述的多孔炭比表面积高达3000m²/g，其所占比重为40%-80%。

本发明还保护所述纳米羟基磷灰石多孔炭复合物的制备方法，包括以下步骤：

（1）动物骨前期预处理: 取适量的动物骨洗涤，破碎后干燥处理；