本發(fā)明涉及電池材料制備，具體地說是一種鋰碳納米管摻雜多孔碳、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、多孔碳因其具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和良好的導電性，可以作為一種儲能材料，在能源存儲領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，常用作制備超級電容器、鋰離子電池、鋰硫電池、鈉離子電池等。影響其多孔碳性能的參數(shù)主要有比表面積、孔徑、孔容、力學強度及其電子導電率。目前市場化的多孔碳材料主要是由樹脂基材料或生物質(zhì)材料通過預(yù)碳化、活化等工藝制備而成，但是現(xiàn)有的多孔碳材料存在電子導電率差、抗壓能力差及其結(jié)構(gòu)缺陷多等缺點，造成其首次效率低，這限制了其在一些對導電性能和首次效率要求較高的應(yīng)用中的表現(xiàn)。多孔碳還常作為硅碳材料前驅(qū)體應(yīng)用，目前市場對新型硅碳材料的動力學性能和首次效率要求越來越高，這就要求硅碳材料所用前驅(qū)體多孔碳自身具有高的電子導電率及其高的首次效率。

2、在申請公布日為2024年8月2日、申請公布號為cn118419892a的中國專利中公開了一種金屬摻雜多孔碳、硅碳材料及其制備方法，該專利通過在多孔碳中摻雜鋰，來提升電子導電率，提高首效；然后通過沉積法，在最外層沉積固態(tài)電解質(zhì)，來提升材料的首次庫倫效率和高溫存儲性能。但是該方法性能提升幅度有限，且會造成材料的孔容和孔徑降低，從而降低電極材料對離子的存儲能力和傳輸速度，且其制備方法中鋰摻雜均勻性差，導致局部鋰含量過高或過低可能會導致電流分布不均勻，影響電池的充放電性能，且制備過程復(fù)雜，不僅增加了生產(chǎn)成本和時間成本，還可能引入更多的不確定性因素，降低生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種電子導電率高、結(jié)構(gòu)缺陷少，且能夠提升倍率性能和首次效率的鋰碳納米管摻雜多孔碳、制備方法及其應(yīng)用。

2、本發(fā)明的目的之一在于提供一種鋰碳納米管摻雜多孔碳的制備方法，所述制備方法包括：

3、首先，使用共沉淀法制備碳納米管摻雜樹脂前驅(qū)體，然后進行固化處理，得到碳納米管摻雜樹脂；

4、然后，使用二氧化碳對所述碳納米管摻雜樹脂進行活化處理，得到碳納米管摻雜多孔碳；

5、然后，使用真空蒸鍍法對所述碳納米管摻雜多孔碳進行鋰沉積，得到鋰碳納米管摻雜多孔碳。

6、優(yōu)選地，使用共沉淀法制備碳納米管摻雜樹脂前驅(qū)體的方法包括：

7、首先加入酚類化合物的水溶液，然后滴加醛類化合物的水溶液后，依次加入碳納米管、造孔劑和氨水，混合均勻后，在50-100℃下反應(yīng)1-6h后，過濾，得到碳納米管摻雜樹脂前驅(qū)體。

8、優(yōu)選地，酚類化合物、醛類化合物、碳納米管和造孔劑的質(zhì)量之比為100:100-200:1-5:1-5。

9、優(yōu)選地，所述碳納米管包括羥基化碳納米管、氨基化碳納米管、羧酸化碳納米管或氮摻雜碳納米管中的一種或幾種。

10、優(yōu)選地，所述酚類化合物包括間甲酚、對甲酚、鄰甲酚、3，5-二甲酚或間苯二酚中的一種或幾種。

11、優(yōu)選地，所述醛類化合物包括甲醛、乙醛、糠醛或水楊醛中的一種或幾種。

12、優(yōu)選地，所述造孔劑包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯胺中的一種或幾種。

13、優(yōu)選地，所述酚類化合物水溶液的濃度為15-50wt%。

14、優(yōu)選地，所述醛類化合物的濃度為10-40wt%。

15、優(yōu)選地，所述氨水的濃度為15-20wt%，酚類化合物與氨水的質(zhì)量之比為1:8-12。

16、優(yōu)選地，對所述碳納米管摻雜樹脂前驅(qū)體進行固化處理的方法包括：

17、將所述碳納米管摻雜樹脂前驅(qū)體在500-800℃下固化處理1-6h，得到碳納米管摻雜樹脂。

18、優(yōu)選地，對所述碳納米管摻雜樹脂進行活化處理的方法包括：

19、將所述碳納米管摻雜樹脂升溫到1100-1400℃后，通入二氧化碳，進行活化處理30-300min，得到碳納米管摻雜多孔碳。

20、優(yōu)選地，進行活化處理的二氧化碳的流量為100-500ml/min。

21、優(yōu)選地，使用真空蒸鍍法對所述碳納米管摻雜多孔碳進行鋰沉積的方法包括：

22、鋰沉積在真空條件下進行，利用高能量激光束照射，使鋰氣化后沉積到碳納米管摻雜多孔碳孔隙及其表面，蒸鍍時間為5-15min，然后通入二氧化碳進行鈍化處理。

23、優(yōu)選地，碳納米管摻雜多孔碳與鋰的質(zhì)量之比為100:1-5。

24、優(yōu)選地，激光束的波長為900-1090nm，脈寬為0.5ms-4ms，激光功率為100w-600w。

25、優(yōu)選地，進行鈍化處理的二氧化碳的流量為100-500ml/min。

26、優(yōu)選地，鈍化處理的時間為30-300min。

27、本發(fā)明的目的之二在于提供一種鋰碳納米管摻雜多孔碳，所述鋰碳納米管摻雜多孔碳包括1-5wt%碳納米管、1-5wt%碳酸鋰和90-98wt%的多孔碳。

28、本發(fā)明的目的之三在于提供一種鋰碳納米管摻雜多孔碳在制備二次電池中的應(yīng)用。

29、本發(fā)明的有益效果包括：

30、本發(fā)明首先將碳納米管均勻摻雜在樹脂前驅(qū)體中，然后經(jīng)過固化和活化制備碳納米管摻雜多孔碳，碳納米管在多孔碳的孔隙和基體中構(gòu)建高效導電網(wǎng)絡(luò)，能夠提升材料電子導電率，并能夠作為骨架提供結(jié)構(gòu)支撐增強材料的機械性能和熱穩(wěn)定性，有利于優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)。然后通過氣相法將金屬鋰蒸汽沉積在多孔碳的孔隙中，能夠進一步降低多孔碳的缺陷，填充多孔碳的缺陷位點，增強材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并提升材料的離子導電率，改善首次庫倫效率。

技術(shù)特征：

1.一種鋰碳納米管摻雜多孔碳的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，使用共沉淀法制備碳納米管摻雜樹脂前驅(qū)體的方法包括：

3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：

4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：

5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，對所述碳納米管摻雜樹脂前驅(qū)體進行固化處理的方法包括：

6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，對所述碳納米管摻雜樹脂進行活化處理的方法包括：

7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的制備方法，其特征在于，使用真空蒸鍍法對所述碳納米管摻雜多孔碳進行鋰沉積的方法包括：

8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，碳納米管摻雜多孔碳與鋰的質(zhì)量之比為100:1-5；

9.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法得到的鋰碳納米管摻雜多孔碳，其特征在于，所述鋰碳納米管摻雜多孔碳包括1-5wt%碳納米管、1-5wt%碳酸鋰和90-98wt%的多孔碳。

10.一種如權(quán)利要求9所述的鋰碳納米管摻雜多孔碳在制備二次電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鋰碳納米管摻雜多孔碳、制備方法及其應(yīng)用，屬于電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域。所述鋰碳納米管摻雜多孔碳的制備方法包括首先將碳納米管均勻摻雜在樹脂前驅(qū)體中，后經(jīng)過固化和活化制備碳納米管摻雜多孔碳，碳納米管在多孔碳的孔隙和基體中構(gòu)建高效導電網(wǎng)絡(luò)，能夠提升材料電子導電率，并能夠作為骨架提供結(jié)構(gòu)支撐增強材料的機械性能和熱穩(wěn)定性，有利于優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)。然后通過氣相法將金屬鋰蒸汽沉積在多孔碳的孔隙中，能夠進一步降低多孔碳的缺陷，填充多孔碳的缺陷位點，增強材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并提升材料的離子導電率，改善首次庫倫效率。

技術(shù)研發(fā)人員：孔慶強,宋林剛,陳功
受保護的技術(shù)使用者：國科炭美新材料（湖州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23