[发明专利]一种锂·空气或锂氧电池正极用多孔碳材料

权利要求书

1. 一种锂-空气或锂氧电池正极用多孔碳材料，其特征在于：所述碳材料颗粒粒径为 1-30um，颗粒本身呈由碳片层构成的类蜂窝状多孔结构，孔容为 0.5~5cm³/g，其内部包括二种孔，其中一种是由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔，另一种孔是均匀分布于孔壁内的孔；交错贯通孔主要为二类孔径范围分别为 5~90 nm 和 100~500 nm 的孔，二者占贯通孔孔体积的 80%以上，二者孔体积比例为 1:10~10：1，碳片层厚度为 2-50 nm；孔壁内的孔主要为孔径范围为 1~10 nm 的孔，占孔壁内孔体积的 90%以上；所述的碳材料采用模板法结合气体活化法按以下两步法制备而成，首先采用模板法按如下过程制备原始碳材料，然后对其进行气体后活化，在其碳颗粒内部构建所述的孔径为 100~500 nm 的这部分孔道；

（1）模板法制备过程如下：

将碳前驱物和模板溶于去离子水或有机溶剂中，水浴加热 40~85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在 60~80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化气体为 N₂ 或 Ar，碳化温度范围在 500~1700℃，碳化时间控制在 1~8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板，经过滤、干燥，即得多孔碳材料；

（2）后活化过程如下：

将NH₃进行活化；活化温度控制在 400~1300℃，活化时间控制在 10min~5h，活化气体的进气流量控制在 2~100 ml/min。

2.根据权利要求1所述的多孔碳材料，其特征在于：所述碳前驱物包括以下中的一种或二种以上：

（1）低分子的糖类，包括蔗糖、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇；

（2）小分子的有机物，包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯；

（3）高分子聚合物，包括中间相沥青、聚乙二醇、苯酚甲醛树脂或间苯二酚甲醛树脂、聚苯胺、聚吡啶、三聚氰胺。

3.根据权利要求1所述的多孔碳材料，其特征在于：所述模板为 SiO₂ 溶胶、沸石、Al₂O₃、介孔 SiO₂、氧化镁、醋酸镁、葡萄糖酸镁、氧化铜、氧化锌、氧化亚铁、三氧化二铁、碳酸钙、碳酸镁、四氧化三铁、二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、三氧化钼、三氧化二钒、氧化钛纳米粉体、金属镍氢氧化物、金属铁氢氧化物、金属镁的氢氧化物、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种或二种以上，其中模板粒径尺寸范围在 5~8000nm。

4.根据权利要求 1所述的多孔碳材料，其特征在于：所述模板与碳前驱物的质量百分比为 10~600%；碳前驱物在去离子水或有机溶剂中的浓度为 0.05~0.4g /ml；有机溶剂为乙醇、异丙醇、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种或二种以上；去除模板使用的酸溶液为 0.5~3M 盐酸、硫酸、硝酸或氢氟酸，碱溶液为 0.5~3M 氢氧化钠溶液。