[发明专利]一种硼化镍/硼掺杂多孔碳材料及其制备和在锂硫电池中的应用有效
申请号: | 202010058047.9 | 申请日: | 2020-01-16 |
公开(公告)号: | CN111211310B | 公开(公告)日: | 2021-04-09 |
发明(设计)人: | 张治安;郑景强;赖延清;贺亮;覃富荣;洪波;张凯;李劼 | 申请(专利权)人: | 中南大学 |
主分类号: | H01M4/36 | 分类号: | H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052;C01B32/182 |
代理公司: | 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 | 代理人: | 盛武生;魏娟 |
地址: | 410083 湖南*** | 国省代码: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 硼化镍 掺杂 多孔 材料 及其 制备 电池 中的 应用 | ||
1.一种硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,为包含模板刻蚀孔的具有通孔结构的多孔碳球;
所述的多孔碳球的碳骨架为硼掺杂的无序化碳;
所述的碳骨架的内部原位包埋有石墨化碳包覆的镍单质颗粒;且碳骨架的表面镶嵌有硼化镍纳米粒子;
所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料通过以下步骤制备:
步骤(1):将镍源、碳源、SiO2模板、表面活性剂分散在溶液中,得到浆料,随后经干燥、在800~1200℃的温度下碳化,再将碳化后的材料用碱液脱SiO2模板,得到原位镍掺杂的多孔碳;所述的SiO2模板的粒径为50~500nm;其中,镍源、表面活性剂、碳源、二氧化硅模板的重量比为0.2~5:0.1~1:45~50:45~50;
步骤(2):将原位镍掺杂的多孔碳进行表面氧化;
步骤(3):将步骤(2)的多孔碳在惰性气氛下与碱金属硼氢化物溶液进行表面固-液还原反应,即得到所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料。
2.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述的模板刻蚀孔为孔径50~500nm;
多孔碳材料比表面积为1000~2500m2/g;
总孔体积为1~5cm3/g;孔容为2.0~3.0cm3/g;
Id/Ig的比例为0.2~2。
3.如权利要求2所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述的模板刻蚀孔为均匀孔。
4.如权利要求2所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,形成模板刻蚀孔的模板的粒径偏差≤3%。
5.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料中,硼元素含量为3~15atm%;Ni元素含量为0.5~10atm%。
6.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述步骤(1)中,镍源为硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述步骤(1)中表面活性剂为PVP、CTAB、SDS中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述的碳源为酚醛树脂、沥青、淀粉、葡萄糖中的至少一种。
9.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述的碱液为碱金属氢氧化物的溶液。
10.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,碱液的浓度为5~10M,脱SiO2模板过程的温度为80~120℃,时间为5~10小时。
11.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,步骤(2)中,将所述的原位镍掺杂的多孔碳置于含氧气氛中进行气固表面氧化。
12.如权利要求11所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,所述的含氧气氛为空气。
13.如权利要求11所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,表面氧化的时间为1~3天。
14.如权利要求1所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,其特征在于,步骤(3)中,碱金属硼氢化物为钠或钾的硼氢化物;
碱金属硼氢化物溶液的浓度为0.1~1M。
15.一种锂硫电池复合正极活性材料,其特征在于,包含权利要求1~14任一项所述的硼化镍/硼掺杂多孔碳材料,还包含填充在装填腔室内的单质硫源。
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