[发明专利]一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用

说明书

本发明涉及一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚混合，再加入有机酸作为调孔剂，然后油浴反应得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶常压下干燥，得到有机凝胶；（3）将上述步骤（2）中得到的有机凝胶，在氩气气氛中，高温碳化，得到有机酸可控调孔碳材料；（4）将有机酸可控调孔碳材料和升华硫混合浸渍处理，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。可控调孔碳材料作为锂硫电池硫正极载体，能够有效抑制电池循环过程中产生的多硫化物溶解于电解质，同时碳材料可以增强电极导电性，明显改善锂硫电池的充放电循环性能。

技术领域

本发明属于新能源电池材料技术领域,具体涉及一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用。

背景技术

随着人类社会高速发展，对化石能源需求日益增加，人们正在面临着资源枯竭以及环境问题的挑战。面对这样的难题，对高比能量化学电源的认识与要求也就变得更高。自锂离子电池商业化以来，世界各国都加紧对车用动力锂离子电池研发工作。但是受困于能量密度、安全性和价格一系列因素，传统的锂离子电池如磷酸铁锂、锰酸锂和钴酸锂电池已经不能满足电动汽车的要求。锂硫电池因其高的能量密度备受关注，其比容量可达到1675mAh g-1。

锂硫电池正极材料活性物质为硫元素，有着诸多优点，自然界丰度大，环境友好，无毒等，同时也面临着一些挑战。现有技术中，作为锂硫电池硫正极载体的材料，在电池循环过程中会产生溶解于电解质多硫化物，从而影响锂硫电池的充放电循环性能。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，可控调孔碳材料作为锂硫电池硫正极载体，能够有效抑制电池循环过程中产生的多硫化物溶解于电解质，同时碳材料可以增强电极导电性，明显改善锂硫电池的充放电循环性能。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种可控调孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将糠醛和间苯二酚混合，再加入有机酸作为调孔剂，然后油浴反应得到有机湿凝胶；

（2）将上述制得的有机湿凝胶常压下干燥，得到有机凝胶；

（3）将上述步骤（2）中得到的有机凝胶，在氩气气氛中，高温碳化，得到有机酸可控调孔碳材料。

进一步，上述步骤（1）中，糠醛和间苯二酚的摩尔比为2:1-3:1。

进一步，上述步骤（1）中，有机酸与间苯二酚的摩尔比为1：200-1：100。

进一步，上述步骤（1）中，有机酸是丁二酸或乙二酸或丙二酸或己二酸或草酸。

进一步，上述步骤（1）中，油浴反应的条件是，在75-90℃恒温环境下，搅拌速度120-200r/min，反应时间8-20h。

进一步，上述步骤（2）中，有机湿凝胶的干燥工艺条件为：在100-150℃、常压下干燥16-24h。

进一步，上述步骤（3）中，有机凝胶高温碳化工艺条件是，在氩气气氛中，以5℃min-1 升温速率升温到750-900℃，碳化5-10h。

一种可控调孔碳材料在锂硫电池中的应用，将上述任一制备方法制得的有机酸可控调孔碳材料和升华硫混合浸渍处理，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。

进一步，将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比1：3-1:1的比例，在150-165℃条件下，浸渍20-25h。

进一步，将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比1:1的比例，在150℃条件下，浸渍20h。