[发明专利]多孔碳材料的制备方法、多孔碳材料、自支撑二次电池负极及二次电池

说明书

本发明属于二次电池技术领域，具体而言，涉及一种多孔碳材料的制备方法、多孔碳材料、自支撑二次电池负极及二次电池。本发明提供的多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：将有机单体、泡沫金属与任选地催化剂混合，使发生原位聚合反应，得到聚合物包覆的泡沫金属，煅烧，得到多孔碳材料。该方法利用泡沫金属在高温下可蒸发的特点，同步实现了材料的合成及模板的去除，达到事半功倍的效果。此外，该方法重复性高，可控性强，工艺简单，可实现大规模生产，具有极大的工业应用前景。依据本发明制备方法制得的多孔碳材料，具有良好的均一性，同时该多孔碳材料具有良好的离子传导性，可作为自支撑二次电池负极，有利于提高二次电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体而言，涉及一种多孔碳材料的制备方法、多孔碳材料、自支撑二次电池负极及二次电池。

背景技术

化石燃料等不可再生资源的不断消耗及由此带来的环境问题，迫使人们开发新型、可再生、环保的储能器件。二次电池作为众多储能器件的代表之一，其因能量密度高、循环性能好、循环寿命长等优点备受青睐，现已广泛应用于人们的日常生活中。然而，电子市场和电动车市场的不断发展对二次电池的性能提出了更高的要求。作为二次电池重要组成部分的负极材料也是现阶段的研究重点。

金属锂虽然容量高，但锂的熔点低，对空气敏感，极易被氧化，而且锂负极易生长锂枝晶，形成“死锂”或造成电池内部短路，安全性问题突出，此外，锂资源储量非常有限，成本高。这些问题限制了锂负极的应用。

现已商业化的二次电池负极材料主要是石墨，虽然其压实密度高，价格也比较便宜，但由于它的颗粒大小不一、表面缺陷较多、与电解液的相容性比较差，副反应比较多，因此容量发挥不稳定。此外，在将石墨制备成负极极片的过程中，需要额外的添加粘接剂和导电剂，这又会使二次电池的能量密度降低。

鉴于此，特提出本发明以解决上述问题中的至少一个。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种多孔碳材料的制备方法，将有机单体、泡沫金属与任选地催化剂混合，使发生原位聚合反应，得到聚合物包覆的泡沫金属，煅烧，得到多孔碳材料。该方法重复性高，可控性强，工艺简单，可实现大规模生产，具有极大的工业应用前景。

本发明的第二目的在于提供一种多孔碳材料，该多孔碳材料具有良好的均一性和离子传导性，将该多孔碳材料作为二次电池的负极，有利于提高二次电池的循环稳定性。

本发明的第三目的在于提供一种自支撑二次电池负极，该负极为上述多孔碳材料，不需要金属集流体，也不需要添加额外的粘结剂和导电剂，有利于进一步提高二次电池的能量密度。

本发明的第四目的在于提供一种二次电池，该二次电池包含上述自支撑二次电池负极。

本发明的第五目的在于提供一种包含上述二次电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，提供一种多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：

将有机单体、泡沫金属与任选地催化剂混合，使发生原位聚合反应，得到聚合物包覆的泡沫金属，煅烧，得到多孔碳材料。

作为进一步优选技术方案，在所述聚合物包覆的泡沫金属中，聚合物与泡沫金属的体积比为(5-10)：1，优选为(8-10)：1。

作为进一步优选技术方案，所述聚合物包括：酚醛树脂、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或聚多巴胺中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述泡沫金属包括泡沫锌；

优选地，所述催化剂包括无机酸，所述无机酸包括浓盐酸和/或稀硫酸。

作为进一步优选技术方案，所述混合的温度为10-50℃，优选为20-40℃；