[发明专利]一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法，属于电化学材料技术领域。其包括以下步骤：(1)将蔗糖与氧化石墨烯混合，加水配制成悬浊液；(2)对所述悬浊液进行蒸发，得到包裹有石墨烯的蔗糖结晶体；(3)将经研磨的蔗糖结晶体、介孔分子筛、2‑硫代以内酰脲和焦磷酸二氢二钠加入有机溶剂中混合并超声分散，然后进行加热聚合，得到聚合物；(4)将聚合物在惰性气体保护下极性高温热解，使聚合物碳化，得到热解产物；(5)将热解产物浸入到刻蚀溶液中将介孔分子筛刻蚀掉后，经清洗干燥后，制得锂电池用介孔碳材料。本发明的锂电池用介孔碳材料，其制备简单、反应条件温和，对设备仪器要求低，制得的介孔碳材料孔径分布均匀、比表面积大且具有序通道。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，具体涉及一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法。

背景技术

多孔碳是指具有一定孔道结构的碳材料。根据国际纯粹与应用化学联合会的定义，多孔碳材料按照孔径大小可以分为以下三类：孔径小于2nm的多孔碳材料为微孔碳材料，大于50nm的多孔碳材料为大孔碳材料，介于2-50nm的多孔碳材料为介孔碳材料。其中，介孔碳按照介孔是否有序可分为有序介孔碳材料和无序介孔碳材料。

有序介孔碳材料是一类新型的非硅基介孔材料，具有均一的孔径、高度有序的孔道分布及巨大的比表面积和孔容，在吸附、催化以及生物医药等方面具有广泛的应用前景。其中，有序介孔碳材料由于其具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，有利于离子的富集和传输，以及本身具有高活性，易于表面修饰或功能化，使得有序介孔碳材料迅速发展成为一种新兴的电化学材料。

目前，可以在有序介孔碳材料中掺杂S、B、P、F或N来提高材料的导电性能，同时还可将含氧功能团引入到材料表面，从而提高碳材料的吸附和氧化还原能力。对于掺杂单一元素的有序介孔碳材料已有研究，但对于掺杂多种元素的有序介孔碳材料则比较困难，这是因为多元素掺杂的有序介孔碳往往需要多种物质来提供相应的元素来源，制备过程相对复杂，制备成本也进一步提高，不利于大规模制备与应用，限制了其应用与发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法，以解决现有制备掺杂多种元素的有序介孔碳材料制备过程复杂的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种锂电池用介孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将蔗糖与氧化石墨烯混合，加水配制成悬浊液；

(2)对所述悬浊液进行蒸发，得到包裹有石墨烯的蔗糖结晶体；

(3)对蔗糖结晶体进行研磨后与介孔分子筛、2-硫代以内酰脲和焦磷酸二氢二钠加入有机溶剂中混合并超声分散，然后进行加热聚合，得到聚合物；

(4)将聚合物在惰性气体保护下极性高温热解，使聚合物碳化，得到热解产物；

(5)将热解产物浸入到刻蚀溶液中将介孔分子筛刻蚀掉后，经清洗干燥后，制得锂电池用介孔碳材料。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(1)的具体步骤为：将蔗糖和石墨烯按照质量为(5-10):1在40-60℃下加热搅拌溶解并超声分散0.5-1h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)的具体步骤为：将悬浊液在60-80℃下蒸发结晶，制得结晶体。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(3)中的分子介孔筛的制备方法包括以下步骤：

(1)将模板剂P123溶解在水中后，加入稀盐酸溶液，配制成浓度为0.05-0.1g/mL的模板剂P123酸溶液；

其中，水和稀盐酸的体积比为1：(0.2-0.5)；

(2)将硅酸钠溶解到水中配制成浓度为0.3-0.7g/mL硅酸钠溶液；