[发明专利]一种锂硫电池用多孔碳膜及其应用

摘要

本发明公开了一种锂硫电池用多孔碳膜及其在锂硫电池中的应用，以有机高分子树脂、有机高分子树脂与无机纳米粒子的混合物、有机高分子树脂与有机配合物的混合物、或有机高分子树脂与粉体碳材料的混合物为原料，制备而成有机膜或有机—无机复合膜，通过预氧化、程序升温碳化、刻蚀模板，得到的多孔碳膜。多孔碳膜作为锂硫电池正极材料，在电极制备工艺、原料利用率、导电性、电极组成结构和质量等各方面都表现出无与伦比的优势，具有良好的应用前景。

主权项

1.一种多孔碳膜在锂硫电池中的应用，其特征在于：所述多孔碳膜用于锂硫电池中；是以有机高分子树脂与无机纳米粒子的混合物为原料，制备而成有机—无机复合膜，通过预氧化、程序升温碳化、刻蚀模板，得到的多孔碳膜；所述多孔碳膜为微孔与介孔、微孔与大孔的双峰孔径结构；或微孔、介孔和大孔的多峰孔径结构；具体制备过程如下：（1）将有机高分子树脂和表面活性剂溶解在有机溶剂中，在温度为20～100℃下搅拌0.5～2 h，形成相应的有机高分子树脂溶液；再于上述溶液中加入无机纳米粒子在温度为20～100℃下充分搅拌0.5～15 d，而终制成共混溶液；其中固含量为5～70wt%之间；上述有机溶剂中还加入易挥发性溶剂，形成混合溶剂，易挥发性溶剂在混合溶剂中的浓度为0～50wt%；（2）将步骤（1）制备的共混溶液倾倒在无纺布基底或直接倾倒在玻璃板基底上，形成一整体；挥发溶剂0～60 s，然后将整体浸渍入树脂的不良溶剂中5～600s，在‑20～100℃温度下制备成有孔膜，膜的厚度在20～500μm之间；（3）以步骤（2）得到的膜为基底，重复步骤（2）过程一次以上，得到二层以上结构不同的复合膜；（4）将步骤（2）或（3）制备的膜洗涤后置于马弗炉内，从室温起程序升温预氧化，升温速率为0.5～5℃ min‑1，预氧化温度为180～350 ℃，恒温时间为1～5 h；（5）将步骤（4）得到的膜置于管式炉内，在不同气氛中从室温起程序升温碳化；不同气氛为Ar，N2，H2与Ar混合气，或NH3和Ar混合气；气体流速30～300 mL min‑1，升温速率为1～10℃ min‑1，碳化温度为500～2100 ℃，恒温时间为1～15 h；（6）根据步骤(2) 或（3）得到的膜中的成分不同，将步骤（5）得到的含有金属、金属氧化物、碳酸钙或二氧化硅中一种或二种以上模板的碳膜分别置于HF、HCl或NaOH溶液中，刻蚀模板，HF浓度为5～40wt%，HCl浓度为3～36 wt%，NaOH浓度为5～35 wt%；（7）取出步骤（6）中的碳膜，用乙醇和水洗涤，烘干后，得到成品多孔碳膜；所述有机高分子树脂为聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯吡咯烷酮的混合树脂时，选用的无机纳米粒子为二氧化硅；所述有机高分子树脂为聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮的混合树脂时，选用的无机纳米粒子为碳酸钙。