一種多孔碳材料在鋰-亞硫酰氯電池正極中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種多孔碳材料在鋰-亞硫酰氯電池正極中的應(yīng)用，所述碳材料所述碳材料由顆粒粒徑為1-30um的碳顆?；旌辖M成，碳顆粒本身呈由碳片層構(gòu)成的類蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，碳材料中碳顆粒的孔容為0.5～5cm3/g；碳顆粒內(nèi)部包括兩種孔，一種是由碳片層作為孔壁而構(gòu)成的交錯(cuò)貫通孔，另一種是均勻分布于碳片層孔壁內(nèi)的孔；交錯(cuò)貫通孔主要為孔徑范圍為5～90nm的孔，其占貫通孔體積的80%以上；碳片層厚度為2～50nm；孔壁內(nèi)的孔主要為孔徑范圍為1～10nm的孔，占孔壁內(nèi)孔體積的90%以上。將該碳材料用于鋰-亞硫酰氯電池正極中，可最大限度地提高碳材料在放電過程中的空間利用率，有效提高電池的能量密度及功率密度。
【專利說明】一種多孔碳材料在鋰-亞硫酰氯電池正極中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一次電池領(lǐng)域，具體涉及一種碳材料在鋰-亞硫酰氯電池中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰-亞硫酰氯電池除具有鋰電池的電壓高、能量大、放電平臺(tái)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用外，還因其工作溫度范圍寬、貯存壽命長而在某些特殊領(lǐng)域受到更多重視。鋰-亞硫酰氯電池雖然比其他幾種鋰電池商品化要晚，但已成為當(dāng)今世界上生產(chǎn)的主要鋰電系列。該電池負(fù)極為金屬Li，正極采用多孔碳材料制備，電解液通常采用LiAlClJt為溶劑，SOClJt為溶劑，同時(shí)SOClJt為活性物質(zhì)吸附在正極中。電池表達(dá)式為:(-)Li I SOCl2-LiAlCl41 SOCl2(C)(+)。
[0003]放電過程中，負(fù)極金屬鋰被氧化為鋰離子，而正極中，S0C12被還原，其產(chǎn)物為S和LiCl。正極放電產(chǎn)物均不溶于電解液，沉積占據(jù)電極孔道直至放電結(jié)束。因此，作為電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所，碳材料孔結(jié)構(gòu)物性參數(shù)，如:比表面積、孔容、孔徑分布對電池性能，尤其是放電容量具有重要的影響。
[0004]電池放電過程中，固體產(chǎn)物沉積對電極孔道的占據(jù)勢必影響鋰離子在其中的傳輸，進(jìn)而增大離子傳輸電阻，特別是在放電末期，嚴(yán)重制約電極反應(yīng)的進(jìn)行，從而成為降低電極空間利用率的關(guān)鍵因素。因此，為了避免電極孔道的過度堵塞，通?？刹捎酶缓罂捉Y(jié)構(gòu)的碳材料，例如乙炔黑。然而，該材料比表面積較低，而材料的比表面積直接決定了其電化學(xué)反應(yīng)界面的大小，因此不利于電池的大電流放電性能；同時(shí)，其孔容也較小，從而不利于獲得較高的放電容量。另一方面，當(dāng)采用具有較大比表面積和孔容的碳材料，如科琴黑，此時(shí)由于其所含大孔比例較低，因此電極孔道在放電過程中極易堵塞，因此，不適宜應(yīng)用于鋰-亞硫酰氯電池。
[0005]由此可見，傳統(tǒng)的顆粒型碳材料，由于其孔道空間主要由顆粒間空隙構(gòu)建，較大的顆粒粒徑有利于獲得較大的孔徑，但其比表面積和孔容卻較低；另一方面，雖然較小的顆粒粒徑可獲得較大的比表面積和孔容，但其大孔含量卻較低。因此，采用該類型孔結(jié)構(gòu)的碳材料無法在高比表面積，高孔容與大孔間實(shí)現(xiàn)平衡。
[0006]因此，為了解決這一問題，需要從材料的孔形成機(jī)制方面進(jìn)行突破。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種具有多級孔分布的碳材料在鋰-亞硫酰氯電池中的應(yīng)用。
[0008]構(gòu)成該碳材料的碳顆粒具有類蜂窩狀的孔結(jié)構(gòu)，其顆粒尺寸為l_30um，優(yōu)選范圍為1-lOum，其顆粒間間隙可用作大孔鋰離子傳輸通道；同時(shí)，其內(nèi)部由碳片層構(gòu)建交錯(cuò)貫通的產(chǎn)物沉積孔道，其孔徑范圍主要集中于5?90nm，優(yōu)選范圍為10_60nm，具體值可通過調(diào)控碳材料制備工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)，較小的孔徑可在顆粒內(nèi)部形成較大的比表面積和孔容。因此，通過采用該結(jié)構(gòu)的碳材料，可有效解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)碳材料所面臨的問題，實(shí)現(xiàn)高比表面積，高孔容與大孔構(gòu)建間的平衡。
[0009]本發(fā)明所述碳材料孔容為0.5?5cm3/g ;碳顆粒內(nèi)部除了由碳片層作為孔壁而構(gòu)成的交錯(cuò)貫通孔之外，還存在均勻分布于碳片層孔壁內(nèi)的孔，其孔徑范圍主要集中于I?1nm,這部分孔的參數(shù)主要取決于碳材料制備過程中所采用的碳源，所述的碳片層厚度為2?50nm。碳片層其表面還可原位摻雜催化組分，包括N、B、O、Fe、Co、N1、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、T1、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La 及 V 的一種或二種以上，采用 X射線光電子能譜檢測，檢測范圍內(nèi)催化組分占檢測范圍所有元素的物質(zhì)的量比例為0.1?10%。將該材料用于制備鋰-亞硫酰氯電池正極，正極材料組成成份包括碳材料和粘結(jié)劑，其中碳材料質(zhì)量含量為70%?95% ;所述的粘結(jié)劑為，聚四氟乙烯，聚乙烯醇，聚偏氟乙烯，羧甲基纖維素鈉，聚烯烴，丁苯橡膠，氟化橡膠，聚氨酯中的一種或多種。
[0010]該碳材料制備主要采用模板法實(shí)現(xiàn)，也可與金屬鹽催化活化或發(fā)泡法結(jié)合。具體過程如下:
[0011]將碳前驅(qū)物和模板溶于去離子水或有機(jī)溶劑中，水浴加熱40?85°C并機(jī)械攪拌，待水分或有機(jī)溶劑完全蒸發(fā)后在60?80°C干燥；干燥后的產(chǎn)品進(jìn)行碳化，碳化氣體為N2或/和Ar，碳化溫度范圍在500?1700°C，優(yōu)選范圍為600?1100°C，碳化時(shí)間控制在I?8h，得到模板/碳復(fù)合物，用酸或堿溶液去除模板，經(jīng)過濾、干燥，即得多孔碳材料。
[0012]其中所述碳前驅(qū)物包括以下中的一種或二種以上:
[0013](I)低分子的糖類，包括蔗糖、淀粉、麥芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇；
[0014](2)小分子的有機(jī)物，包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯；
[0015](3)高分子聚合物，包括中間相浙青、聚乙二醇、苯酚甲醛樹脂或間苯二酚甲醛樹月旨、聚苯胺、聚吡啶、三聚氰胺。
[0016]所述模板為S12溶膠、沸石、Al2O3、介孔S12、氧化鎂、醋酸鎂、葡萄糖酸鎂、氧化銅、氧化鋅、氧化亞鐵、三氧化二鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、四氧化三鐵、二氧化錫、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、三氧化鑰、三氧化二釩、氧化鈦納米粉體、金屬鎳氫氧化物、金屬鐵氫氧化物、金屬鎂的氫氧化物、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一種或多種，其中模板粒徑尺寸范圍在5?8000nm，優(yōu)選范圍為5_500nm。
[0017]當(dāng)與金屬鹽催化活化法結(jié)合時(shí)，其過程如下:
[0018]將碳前驅(qū)物溶于去離子水或有機(jī)溶劑中，然后添加金屬鹽或金屬氫氧化物繼續(xù)溶解分散，再加入模板溶解分散，水浴加熱40?85°C并機(jī)械攪拌，待水分或有機(jī)溶劑完全蒸發(fā)后在60?80°C干燥；干燥后的產(chǎn)品進(jìn)行碳化，碳化溫度范圍在500?1700°C，優(yōu)選范圍為600?1100°C，碳化時(shí)間控制在I?8h，得到模板/碳復(fù)合物，用酸或堿溶液去除模板和金屬鹽或金屬氫氧化物，經(jīng)過濾、干燥，即得多孔碳材料；
[0019]金屬鹽或金屬氫氧化物前驅(qū)體含F(xiàn)e、Co、N1、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、T1、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一種或二種以上；金屬鹽為金屬的硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、鹵化物、二亞硝基二胺鹽、乙酰丙酮化物、或大環(huán)絡(luò)合物及卟啉化物、酞箐化物中的一種或二種以上。其中，金屬鹽或金屬氫氧化物與模板的質(zhì)量百分比范圍為I ?15%。
[0020]當(dāng)與發(fā)泡法結(jié)合時(shí)，其過程如下:
[0021]將碳前驅(qū)物、模板和發(fā)泡劑溶于去離子水或有機(jī)溶劑中，水浴加熱40?85°C并機(jī)械攪拌，待水分或有機(jī)溶劑完全蒸發(fā)后在60?80°C干燥；干燥后的產(chǎn)品進(jìn)行碳化，碳化氣體為N2或/和Ar，碳化溫度范圍在500?1700°C，優(yōu)選范圍為600?1100°C，碳化時(shí)間控制在I?8h，得到模板/碳復(fù)合物，用酸或堿溶液去除模板，經(jīng)過濾、干燥，即得多孔碳材料，其中發(fā)泡劑與碳前驅(qū)物的質(zhì)量百分比范圍在5?100%，優(yōu)選范圍為10?70%。
[0022]其中，發(fā)泡劑為檸檬酸、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸氫鈉、碳酸鈉、十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚中的一種或兩種以上。
[0023]碳材料制備過程中，模板與碳前驅(qū)物的質(zhì)量百分比為600?10% ;碳前驅(qū)物在去離子水或有機(jī)溶劑中的濃度為0.05?0.4g/ml ;有機(jī)溶劑為乙醇、異丙醇、丙酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N 二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一種或二種以上；去除模板使用的酸溶液為0.5?3M鹽酸、硫酸、硝酸或氫氟酸,堿溶液為0.5?3M氫氧化鈉溶液。
[0024]將該材料用于制備鋰-亞硫酰氯電池正極，鋰-亞硫酰氯電池正極材料組成成份包括碳材料和粘結(jié)劑，其中碳材料質(zhì)量含量為70%?95% ;所述的粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚烯烴、丁苯橡膠、氟化橡膠、聚氨酯中的一種或兩種以上。
[0025]以粘結(jié)劑為聚四氟乙烯為例，可按如下過程實(shí)現(xiàn):
[0026]將碳材料與粘結(jié)劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚四氟乙烯乳液)共混于溶劑中，得到電極漿料，電極漿料中固體物質(zhì)(碳材料與粘結(jié)劑)與溶劑比例為10?30mg固體/ml溶劑；采用刮涂、噴涂或輥壓的方式，制備得到片狀電極，于40?80攝氏度烘干制得電極，其中粘結(jié)劑含量為70%?95%。
[0027]其中溶劑為醇、水或醇水混合液，醇水混合液中醇與水質(zhì)量比為1:4?4:1 ;其中，醇包括乙醇，異丙醇，乙二醇，丙三醇等中的一種或一種以上。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029]1.本發(fā)明所述碳材料，其結(jié)構(gòu)既具有適合放電產(chǎn)物沉積的沉積孔，又具有大孔徑的離子傳輸孔。兩種孔各司其職，互不干擾，可分別對其進(jìn)行最大限度的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物沉積與離子傳輸?shù)钠胶狻?br> [0030]2.產(chǎn)物沉積孔的調(diào)控可通過模板和碳源的選擇實(shí)現(xiàn)，制備過程簡單易行，十分有利于降低其成本。

【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例1
[0032]以納米碳酸鎂粉體為模板制備分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。準(zhǔn)確稱量5g葡萄糖，加入15ml去離子水中攪拌至溶解完全,然后加入3g朽1檬酸、5g碳酸鎂,在80°C水浴條件下加熱并機(jī)械攪拌，使其完全分散，待水分完全蒸發(fā)后放入80°C干燥24h。然后將干燥后的產(chǎn)品放入高溫管式爐炭化，氣氛為氮?dú)猓瑲怏w流量控制在SOml/miruSOOt:下經(jīng)碳化2h取出得到納米顆粒/碳復(fù)合物，再加適量2M稀鹽酸去除納米碳酸鎂，經(jīng)過濾后80°C真空干燥24h，即得分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。
[0033]將其與聚四氟乙烯乳液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%)共混于乙醇中，得到電極漿料，其中固體物質(zhì)與溶劑比例為20mg固體/ml溶劑；采用輥壓的方式，制備得到片狀電極，于60攝氏度烘干制得電極，其中粘結(jié)劑含量為80%，電極碳材料面密度為7mg/cm2。
[0034]采用KB600，乙炔黑作為對比樣，按照上述過程制備碳正極。
[0035]以IM的LiAlCl4/S0Cl2為電解液，多孔聚丙烯作為隔膜，金屬鋰作為負(fù)極，對所制備碳正極進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的碳正極2mA/cm2下，相較于KB600容量提高50%,相較于乙炔黑容量提高100% ； 10mA/cm2下，相較于KB600容量提高260%，相較于乙炔黑容量提高120%。
[0036]實(shí)施例2
[0037]以S12溶膠為模板制備分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。準(zhǔn)確稱量5g葡萄糖、0.2716g六水合硝酸鈷加入15ml去離子水中攪拌至溶解完全,然后加入5g S12溶膠,機(jī)械攪拌使其完全分散，在80°C水浴條件下加熱并機(jī)械攪拌，待水分完全蒸發(fā)后放入80°C真空干燥24h。然后將干燥后的產(chǎn)品放入高溫管式爐炭化，氣氛為氮?dú)?，氣體流量控制在30ml/min。900°C經(jīng)碳化3h取出得到納米S12/碳復(fù)合物，再加適量IM HF去除Si02和生成的氧化鈷，經(jīng)過濾后80°C真空干燥24h，即得分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。
[0038]采用與實(shí)施例1相同的工藝和參數(shù)，制備評價(jià)碳材料，結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的碳正極2mA/cm2下，相較于KB600容量提高60%，相較于乙炔黑容量提高110% ；10mA/cm2下，相較于KB600容量提高260%，相較于乙炔黑容量提高120%。
[0039]實(shí)施例3
[0040]以納米碳酸鈣粉末為模板制備分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。準(zhǔn)確稱量5g葡萄糖、2g氫氧化鎳加入1ml去離子水中攪拌至分散完全，然后加入3g碳酸鈣，在80°C水浴條件下加熱并機(jī)械攪拌，使其完全分散，待水分完全蒸發(fā)后放入80°C真空干燥24h。然后將干燥后的產(chǎn)品放入高溫管式爐炭化，氣氛為氮?dú)?，氣體流量控制在20ml/min。在900°C經(jīng)碳化2h取出得到納米顆粒/碳復(fù)合物，再用適量2M稀鹽酸去除納米碳酸鈣和氧化鎳，經(jīng)過濾后80°C真空干燥24h，即得分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。
[0041]采用與實(shí)施例1相同的工藝和參數(shù)，制備評價(jià)碳材料，結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的碳正極2mA/cm2下，相較于KB600容量提高45%，相較于乙炔黑容量提高90% ;10mA/cm2下，相較于KB600容量提高210%，相較于乙炔黑容量提高90%。
[0042]實(shí)施例4
[0043]以納米氧化鋁粉末為模板制備分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。準(zhǔn)確稱量5g蔗糖加入1ml去離子水中攪拌至分散完全，然后加入8g氧化鋁，在80°C水浴條件下加熱并機(jī)械攪拌，使其完全分散，待水分完全蒸發(fā)后放入80°C真空干燥24h。然后將干燥后的產(chǎn)品放入高溫管式爐炭化，N2中800°C處理3h，換C02800°C吹掃lh，然后換N2吹掃至室溫，得到納米顆粒/碳復(fù)合物，再用適量2M稀鹽酸去除氧化鋁，經(jīng)過濾后80°C真空干燥24h，即得分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。
[0044]采用與實(shí)施例1相同的工藝和參數(shù)，制備評價(jià)碳材料，結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的碳正極2mA/cm2下，相較于KB600容量提高30%，相較于乙炔黑容量提高70% ;10mA/cm2下，相較于KB600容量提高180%，相較于乙炔黑容量提高70%。
[0045]實(shí)施例5
[0046]以二氧化硅微球粉體為模板制備分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。準(zhǔn)確稱量5g蔗糖、0.358g50%的硝酸猛水溶液加入15ml去離子水中攪拌至分散完全,然后加入6g二氧化娃微球，在60°C水浴條件下加熱并機(jī)械攪拌，使其完全分散，待水分完全蒸發(fā)后放入80°C真空干燥24h。然后將干燥后的產(chǎn)品放入高溫管式爐碳化，N2中850°C處理3h，換水蒸氣850°C吹掃0.5h，然后換N2吹掃至室溫，得到納米顆粒/碳復(fù)合物，再用適量IM HF洗除二氧化硅和氧化錳，經(jīng)過濾后80°C真空干燥24h，即得分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。
[0047]采用與實(shí)施例1相同的工藝和參數(shù)，制備評價(jià)碳材料，結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的碳正極2mA/cm2下，相較于KB600容量提高70%，相較于乙炔黑容量提高130% ；10mA/cm2下，相較于KB600容量提高180%，相較于乙炔黑容量提高70%。
[0048]實(shí)施例6
[0049]以氫氧化鎳粉體為模板制備分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。準(zhǔn)確稱量5g淀粉，Ig碳酸氫銨，加入15ml去離子水中攪拌至溶解完全，在80°C水浴條件下加熱并機(jī)械攪拌，使其完全分散，待水分完全蒸發(fā)后放入80°C干燥24h。然后將干燥后的產(chǎn)品放入高溫管式爐炭化，氣氛為氮?dú)猓瑲怏w流量控制在50ml/min。900°C下經(jīng)碳化4h取出得到納米顆粒/碳復(fù)合物，再加適量2M稀硝酸去除氧化鎳，經(jīng)過濾后80°C真空干燥24h，即得分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。
[0050]采用與實(shí)施例1相同的工藝和參數(shù)，制備評價(jià)碳材料，結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的碳正極2mA/cm2下，相較于KB600容量提高80%，相較于乙炔黑容量提高140% ；10mA/cm2下，相較于KB600容量提高140%，相較于乙炔黑容量提高50%。
[0051]實(shí)施例7
[0052]以氫氧化鎳粉體為模板制備分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。準(zhǔn)確稱量5g蔗糖，加入1ml去離子水中攪拌至分散完全，然后加入1g氫氧化鎳粉體，在80°c水浴條件下加熱并機(jī)械攪拌，使其完全分散，待水分完全蒸發(fā)后放入80°C真空干燥24h。然后將干燥后的產(chǎn)品放入高溫管式爐炭化，Ar中800°C處理3h，換C02800°C吹掃lh，然后換Ar吹掃至室溫，得到納米顆粒/碳復(fù)合物，再用適量2M稀硝酸去除氧化鎳，經(jīng)過濾后80°C真空干燥24h，即得分級孔結(jié)構(gòu)多孔碳材料。
[0053]采用與實(shí)施例1相同的工藝和參數(shù)，制備評價(jià)碳材料，結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的碳正極2mA/cm2下，相較于KB600容量提高40%，相較于乙炔黑容量提高90% ;10mA/cm2下，相較于KB600容量提高220%，相較于乙炔黑容量提高100%。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔碳材料在鋰-亞硫酰氯電池正極中的應(yīng)用，其特征在于:所述碳材料由顆粒粒徑為l-30um的碳顆?；旌辖M成，碳顆粒本身呈由碳片層構(gòu)成的類蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，碳材料中碳顆粒的孔容為0.5?5cm3/g ;碳顆粒內(nèi)部包括兩種孔，一種是由碳片層作為孔壁而構(gòu)成的交錯(cuò)貫通孔，另一種是均勻分布于碳片層孔壁內(nèi)的孔； 交錯(cuò)貫通孔主要為孔徑范圍為5?90nm的孔，其占貫通孔體積的80%以上；碳片層厚度為2?50nm ;孔壁內(nèi)的孔主要為孔徑范圍為I?1nm的孔，占孔壁內(nèi)孔體積的90%以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:碳顆粒中的碳片層表面原位摻雜催化組分，所述的催化組分包括 N、B、O、Fe、Co、N1、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、T1、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一種或二種以上，采用X射線光電子能譜檢測，X射線光電子能譜檢測范圍為碳片層表面至碳片層表面以下10納米范圍內(nèi)，檢測范圍內(nèi)催化組分占檢測范圍所有元素的物質(zhì)的量比例為0.1?10%。
3.按照權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的碳材料采用模板法按如下過程制備 將碳前驅(qū)物和模板溶于去離子水或有機(jī)溶劑中，水浴加熱40?85°C并機(jī)械攪拌，待水分或有機(jī)溶劑完全蒸發(fā)后在60?80°C干燥；干燥后的產(chǎn)品進(jìn)行碳化，碳化氣體為N2或/和Ar，碳化溫度范圍在500?1700°C，碳化時(shí)間控制在I?8h，得到模板/碳復(fù)合物，用酸或堿溶液去除模板，經(jīng)過濾、干燥，即得多孔碳材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于:所述碳前驅(qū)物包括以下中的一種或二種以上: (1)低分子的糖類，包括蔗糖、淀粉、麥芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇； (2)小分子的有機(jī)物，包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯； (3)高分子聚合物，包括中間相浙青、聚乙二醇、苯酚甲醛樹脂或間苯二酚甲醛樹脂、聚苯胺、聚吡啶、三聚氰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于:所述模板為S12溶膠、沸石、Al2O3、介孔S12、氧化鎂、醋酸鎂、葡萄糖酸鎂、氧化銅、氧化鋅、氧化亞鐵、三氧化二鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、四氧化三鐵、二氧化錫、二氧化娃、氧化招、氧化錯(cuò)、三氧化鑰、三氧化二fL、氧化鈦納米粉體、金屬鎳氫氧化物、金屬鐵氫氧化物、金屬鎂的氫氧化物、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一種或兩種以上，其中模板粒徑尺寸范圍在5?8000nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于: 所述碳材料采用模板法結(jié)合催化活化法制備而成，其過程如下: 將碳前驅(qū)物溶于去離子水或有機(jī)溶劑中，然后添加金屬鹽或金屬氫氧化物繼續(xù)溶解分散，再加入模板溶解分散，水浴加熱40?85°C并機(jī)械攪拌，待水分或有機(jī)溶劑完全蒸發(fā)后在60?80°C干燥；干燥后的產(chǎn)品進(jìn)行碳化，碳化溫度范圍在500?1700°C，碳化時(shí)間控制在I?8h，得到模板/碳復(fù)合物，用酸或堿溶液去除模板和金屬鹽或金屬氫氧化物，經(jīng)過濾、干燥，即得多孔碳材料； 所述模板法結(jié)合催化活化法的制備過程中，將碳前驅(qū)體在溶解過程中添加前驅(qū)體含F(xiàn)e、Co、N1、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、T1、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La 及 V 的一種或二種以上金屬鹽或金屬氫氧化物；金屬鹽為金屬的硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、鹵化物、二亞硝基二胺鹽、乙酰丙酮化物、或大環(huán)絡(luò)合物及卟啉化物、酞箐化物中的一種或二種以上；其中金屬鹽或金屬氫氧化物與模板的質(zhì)量百分比范圍為I?15%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述碳材料采用模板法結(jié)合發(fā)泡法按如下過程制備而成: 將碳前驅(qū)物、模板和發(fā)泡劑溶于去離子水或有機(jī)溶劑中，水浴加熱40?85°C并機(jī)械攪拌，待水分或有機(jī)溶劑完全蒸發(fā)后在60?80°C干燥；干燥后的產(chǎn)品進(jìn)行碳化，碳化氣體為N2或/和Ar，碳化溫度范圍在500?1700°C，碳化時(shí)間控制在I?8h，得到模板/碳復(fù)合物，用酸或堿溶液去除模板，經(jīng)過濾、干燥，即得多孔碳材料，其中發(fā)泡劑與碳前驅(qū)物的質(zhì)量百分比范圍在5?100%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于:所述發(fā)泡劑為檸檬酸、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸氫鈉、碳酸鈉、十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚中的一種或兩種以上發(fā)泡劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求3、6或7所述的應(yīng)用，其特征在于:所述模板與碳前驅(qū)物的質(zhì)量百分比為600?10% ;碳前驅(qū)物在去離子水或有機(jī)溶劑中的濃度為0.05?0.4g/ml ;有機(jī)溶劑為乙醇、異丙醇、丙酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一種或二種以上；去除模板使用的酸溶液為0.5?3M鹽酸、硫酸、硝酸或氫氟酸，堿溶液為0.5?3M氫氧化鈉溶液。
10.按照權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:用于制備鋰-亞硫酰氯電池正極；鋰-亞硫酰氯電池正極材料組成成份包括碳材料和粘結(jié)劑，其中碳材料質(zhì)量含量為70%?95% ;所述的粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚烯烴、丁苯橡膠、氟化橡膠、聚氨酯中的一種或兩種以上。
【文檔編號】H01M4/06GK104518218SQ201310454424
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】張益寧, 張華民, 王美日, 李婧, 馬藝文 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所