[发明专利]钴镍催化蜜胺泡沫合成多孔碳的制备及在锂硫电池的应用

说明书

本发明属于锂硫电池电极材料制备技术领域，具体为钴镍催化蜜胺泡沫合成多孔碳的制备及在锂硫电池的应用。该方法包括以下步骤：1)将硝酸钴和乙酸镍倒入容器中，再加入去离子水搅拌直至完全溶解无沉淀；2)将蜜胺泡沫放入坩埚中，将步骤1)得到的溶液均匀倒在蜜胺泡沫上，放至干燥箱中干燥，得样品；3)将步骤2)中干燥后的样品放入管式炉，通氮气，去除管内的空气，升至一定温度后保温一定时间，待反应结束后，随炉冷却至室温，取出样品，得到钴镍催化蜜胺泡沫的多孔碳材料。该钴镍催化蜜胺泡沫合成多孔碳材料具有很好的导电性，比表面积大、孔隙率高，可以有效提升锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池电极材料制备技术领域，具体为一种钴镍催化蜜胺泡沫合成多孔碳的制备及在锂硫电池的应用。

背景技术

锂硫电池，由于其理论比容量高达1675mAhg^-1，理论比能量为2600Whkg^-1，而且该电池正极材料中所使用的单质硫在自然界中的储量非常丰富(地壳中含量为0.048％)，还具有对环境友好等特点，在未来新能源车的应用上有着很好的前景。锂硫二次电池是应用单质硫作为正极、金属锂作为负极，以及电解液、隔膜所组成的二次电池体系。

虽然锂硫电池在理论上具有很高的比容量和能量密度，但是在实际应用方面中，仍旧有很多核心问题没有解决：首先硫和Li₂S的导电性差，极大地影响了锂硫电池的电化学性能，结果往往会导致高的电荷转移阻抗和单质硫的利用率极低，从而难以实现高的放电容量。其次体积膨胀问题，硫的密度(2.36g/cm³)是Li₂S(1.66g/cm³)的1.4倍左右，在充放电过程中会产生约80％的体积膨胀，导致活性物质破碎和脱落、电极结构的不稳定、电池容量的快速衰减。穿梭效应也是锂硫电池的痛难点，在放电前期，形成的多硫化锂(LiPs)溶解到电解液中，LiPs移动向负极并与金属锂发生还原反应；电势差驱使LiPs从负极侧移动到正极侧，这也就是电势差与浓差极化之间的较量，就会导致活性物质在正负极之间来回穿梭，即所谓的“穿梭效应”，穿梭效应使得活性物质利用率降低，使电极结构遭到破坏，从而降低锂硫电池的电化学性能。研究者们将绝缘性单质硫和导电性能优异的碳材料进行复合，可以有效地解决硫导电性差的问题。多孔碳/硫复合材料的理想结构可以用于解决不同的问题，不仅可以提高导电性，还能够束缚包含在正极区域电解质中的可溶性多硫化物，最大限度地降低硫的浸出，并缓解电化学反应过程中硫的体积膨胀收缩。因此，多孔碳材料在锂硫电池的实际应用中是非常具有前途的一类碳材料。

蜜胺树脂具有成本低廉、稳定性好等优点，以其为基体制备新型多孔材料已经在某些领域中被广泛应用了。以蜜胺树脂作为基体制备的蜜胺树脂基多孔碳材料，主要是借助于钴镍高温催化蜜胺泡沫碳化，制备出多孔碳材料。

发明内容

本发明的目的在于为解决锂硫电池单质硫绝缘性、多硫化物穿梭效应和体积膨胀等问题，提供一种锂硫电池用钴镍催化蜜胺泡沫合成多孔碳电极材料的制备方法，该钴镍催化蜜胺泡沫合成多孔碳材料具有很好的导电性，比表面积大、孔隙率高，可以有效提升锂硫电池的电化学性能。

为了实现以上发明目的，本发明点具体技术方案为：

一种钴镍催化蜜胺泡沫的多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将硝酸钴和乙酸镍倒入容器中，再加入去离子水搅拌直至完全溶解，无沉淀；

2)将蜜胺泡沫放入坩埚中，将步骤1)得到的溶液均匀倒在蜜胺泡沫上，干燥，得样品；

3)将步骤2)中干燥后的样品放入管式炉，通氮气，去除管内的空气，升至一定温度后保温一定时间，待反应结束后，随炉冷却至室温，取出样品，得到钴镍催化蜜胺泡沫的多孔碳材料。

作为本申请中一种较好的实施方式，蜜胺泡沫与步骤1)得到的溶液的质量比为2:25～30。