[发明专利]一种多孔碳材料掺杂改性的方法及应用

说明书

一种多孔碳材料掺杂改性的方法，所述方法采用还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物，掺入多孔碳材料中对多孔碳材料进行表面掺杂改性。利用过渡金属硫族化合物的不饱和悬挂键所具备的化学吸附性与催化作用，不但可以增强多孔碳材料的吸附性，缓解多硫化锂的“穿梭效应”，同时还可以加快电化学反应动力学过程。利用所述过渡金属硫族化合物改性的多孔碳材料，用于制作电池电极，电极涂层，阻隔层或电池隔膜，用以提升锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种对多孔碳材料改性的方法，以及根据该方法改性得到的多孔碳材料，制作电池电极或用作电极涂层、阻隔层的用途。

背景技术

随着社会不断的高速发展，传统化石能源材料的日益消耗与其使用过程中给环境带来的巨大污染使人类社会同时遭遇能源与环境两大危机。同时信息化时代对能源供给提出诸多较高要求，为了应对危机急需开发绿色清洁便于携带的能源设备用于3C与动力方面，其涉及手机、电脑、可穿戴设备、无线通信设备等小型高科技设备与新能源汽车、无人机、无人监测船、各种探测器等大型民用、军事设备，可以说其用处无处不在。电池作为目前最成熟的储能技术之一，兼顾安全、容量、使用次数等，其中最为成熟的电池技术要数锂离子电池。但经过30余年的发展已面临瓶颈期，其容量已近达理论上限。而现代社会对电池不断提出更高的使用要求，向高能量高密度、成本更低的方向发展。后锂电时代，锂硫电池由于具有超高理论比容量与比能量、低成本、环境友好等优势，使其成为现有储能技术中最具产业化前景的一类，非常有潜力接替传统锂电进行大规模运用。

但锂硫电池由于其自身结构、电化学反应特点，还有一些问题限制了锂硫电池的商业化进程，比如：正极材料导电性差、反应过程中正极材料体积变化较大、多硫化锂的“穿梭效应”等。其中，对电池性能影响最大的就是“穿梭效应”，在电池反应过程的中间产物包括各类聚硫阴离子易溶于电解液内，会在浓度差与电场的作用在电极之间来回反复，即所谓“穿梭效应”。此现象会显著地增加电解质离子的迁移阻力，并会在正负极沉积难溶的终产物过硫化锂和硫化锂，如此一来一方面会造成活性硫的损失，另一方面亦会对负极锂产生一定的腐蚀破坏，阻碍正极硫的进一步反应。因此，要提高锂硫电池的性能，“穿梭效应”是必须克服的一个关键点，同时加快电化学反应过程也可以在一定程度上减弱“穿梭效应”，提升锂硫电池的容量与循环稳定性。

为了解决上述问题，一些科研人员在多孔碳材料的修饰改性方面进行了大量尝试，并将改性后得到的多孔碳材料应用于锂硫电池中，用于改善穿梭效应和促进电化学反应速率，但多修饰改性方法复杂，成本较高，不仅不利于工业化生产，而所得的改性多孔材料应用于电池后，其效果也不甚理想。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种多孔碳材料掺杂改性的方法，所述方法操作过程简单、成本低、原材料易得、利于工业化的生产；将所述方法得到的多孔碳材料应用于电池，能够取得理想电化学性能。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种多孔碳材料掺杂改性的方法，所述方法采用还原氧化石墨烯负载的过渡金属硫族化合物，掺入多孔碳材料中对多孔碳材料进行改性。

本发明中的过渡金属硫族化合物通式为MX₂(M＝铁、钴、镍、铬、钼、钨；X＝硫、硒、碲),但其中过渡金属可以是一元的也可以是多元的，硫族元素也可以是多元的,例如FeS_ySe_1-y或者Fe_yNi_1-ySe₂等等，但不限于以上也可以是类似Co₈S₉，NiCo₂S₆，CuS，Cu₂Mo(S_ySe_1-y)₄等不同化学计量比的过渡金属硫族化合物(0＜y≤1)。