[发明专利]一种珊瑚状片层多孔碳的制备方法及其在锂硫电池中的应用

说明书

本发明公开一种珊瑚状片层多孔碳的制备方法及其在锂硫电池中的应用，该珊瑚状片层多孔碳为微纳分级多孔结构，由珊瑚分支状的片层多孔碳聚集而成；所述片层多孔碳厚度为50～200nm，大小为1～5μm；该珊瑚状片层多孔碳的制备方法包括：制备前驱体溶液、形成双氢氧化物模板和片层状聚合物、高温碳化和去除模板四个步骤。本发明提供的珊瑚状片层多孔碳制备方法简单方便，效果好，制备得到的珊瑚状片层多孔碳具有良好的导电性，同时具有丰富的微纳分级多孔结构，可以容纳更多的硫和改善硫正极的电化学性能，应用于锂硫电池正极中能够制备高载量硫正极，显著改善锂硫电池能量密度，在锂硫电池上具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及微纳米碳材料及其制备技术领域，尤其是一种珊瑚状片层多孔碳的制备方法及其在锂硫电池中的应用。

背景技术

商业化纳米碳颗粒如碳黑、超导碳SP、乙炔黑等具有优异的导电性和较大的比表面积，常作为电池正负极材料的导电剂，也可用于锂硫电池中作为硫的载体。但商业化纳米碳颗粒由于颗粒为纳米级(10～200nm)，振实密度低，与硫复合后得到的纳米硫正极在电池极片制备过程中，存在着工艺性差，极片涂厚容易开裂掉粉等缺点，而且所需要的粘结剂较多，降低了硫在极片中的含量。极片的厚度和硫的含量对锂硫正极的比能量具有很大的影响，为了提高纳米硫正极的振实密度、提高极片厚度，构建具有微纳结构的多孔碳材料是一种有效可行的策略。微纳结构是以纳米材料作为结构基元，在集聚效应下逐渐形成微米级的混合网络结构。构建微纳结构的硫碳正极一方面能够保留纳米结构基元比表面积大、孔隙丰富等优点，改善硫正极的电化学性能；另一方面微米级颗粒能够提高材料的振实密度，有利于在传统浆料涂覆工艺中制备高硫面密度的硫正极，构建微纳结构后的硫碳正极能够得到厚极片且不易开裂，从而提高极片中的硫负载量。

发明内容

本发明提供一种珊瑚状片层多孔碳的制备方法及其在锂硫电池中的应用，用于克服现有技术中的缺陷，提供的珊瑚状片层多孔碳具有微纳分级结构和优异的导电性，可与硫复合得到一种性能优异的复合材料，该复合材料应用在锂硫电池制备时工艺性优异，可同时有效提高锂硫电池的硫载量和电化学性能。

为实现上述目的，本发明提出一种珊瑚状片层多孔碳，所述珊瑚状片层多孔碳为微纳分级多孔结构，由珊瑚分支状的片层多孔碳聚集而成；所述片层多孔碳厚度为50～200nm，大小为1～5μm。

为实现上述目的，本发明还提出一种珊瑚状片层多孔碳的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硝酸镍、醋酸锌和尿素加入到水和乙二醇的混合溶液中搅拌溶解，然后依次加入间苯二酚和甲醛溶液，搅拌均匀，得到前驱体溶液；

(2)将前驱体溶液置于密闭容器内进行密闭反应，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到前驱体粉末；

(3)将前驱体粉末置于惰性还原气氛下进行热处理，得到黑色烧结粉末；

(4)将黑色烧结粉末置于酸性水溶液中洗涤，过滤、干燥，得到珊瑚状片层多孔碳。

为实现上述目的，本发明还提出一种珊瑚状片层多孔碳在锂硫电池中的应用，利用所述珊瑚状片层多孔碳制备珊瑚状片层多孔碳/硫复合材料；所述珊瑚状片层多孔碳为上述所述的珊瑚状片层多孔碳或上述所述方法制备得到的珊瑚状片层多孔碳；所述复合材料中硫的质量分数为60～95wt％。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的珊瑚状片层多孔碳为微纳分级多孔结构，由珊瑚分支状的片层多孔碳聚集而成；所述片层多孔碳厚度为50～200nm，大小为1～5μm。该珊瑚状片层多孔碳具有微纳分级多孔结构和优异的导电性，其中珊瑚状碳结构有利于改善导电性，微纳分级多孔结构有利于提高硫的载量；所述珊瑚状片层多孔碳可与硫复合得到一种性能优异的复合材料，该复合材料可同时有效提高锂硫电池的硫载量和电化学性能。