[发明专利]一种介孔碳球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种介孔碳球及其制备方法和应用。本发明的制备方法，包括如下步骤：S1.将胶体二氧化硅分散在水中，再与苯胺、强酸溶液混合，得到分散液；在0～10℃条件下，向分散液中加入引发剂的盐酸水溶液，然后进行聚合反应，得到二氧化硅‑聚苯胺复合材料；S2.在惰性气体气氛中，所述二氧化硅‑聚苯胺复合材料经过煅烧处理进行碳化，得到二氧化硅‑碳复合物；S3.将所述二氧化硅‑碳复合物去除二氧化硅模板，得到所述介孔碳球。本发明通过以胶体二氧化硅为模板，苯胺为碳源，制得了介孔碳球。本发明所开发的介孔碳球比表面积大、介孔结构丰富，且孔径可控制，作为钾离子电池负极材料时能够极大地提高钾离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及钾离子电池技术领域，更具体的，涉及一种介孔碳球及其制备方法和应用。

背景技术

当今，化石燃料消耗剧增，不仅造成温室效应，也导致资源日益紧张。因此，太阳能和风能等清洁能源被广泛使用，但需要借助大规模能源存储系统解决其间歇性问题。锂离子电池因具有高能量密度和稳定的循环寿命已被运用到大规模能源存储系统中，但锂资源存在分布不均以及成本增加等问题。于是，相对价廉和资源丰富的钾离子电池在近年来获得了关注和研究。

针对钾离子电池的优点，已有报道：(1)钾的标准氧化还原电位与锂相近，利于获得高工作电压和高能量密度；(2)钾离子的斯托克斯半径小，具有更高的离子迁移率和离子电导率；(3)商业化的石墨能作为钾离子电池负极材料，有助于利用现有的制造工艺，而不额外增加制造成本。

然而，钾离子电池仍面临如下技术问题：钾离子的半径大于锂离子的半径致使钾离子在嵌入和脱嵌过程中会引起较大的体积膨胀和存在较大的扩散阻力，从而使钾离子电池的循环稳定性低和倍率性能差。

因此，基于合适的材料，进行合理的结构设计对获得容纳并实现钾离子快速传输的负极材料至关重要。碳材料具有价格低、耐用和无毒等特点，有助于保持材料的结构稳定性，有可能在商业领域中得到应用。

中国专利申请CN111606321A公开了一种钾离子修饰石墨烯复合材料，将石墨烯材料应用于钾离子电池负极材料中。但石墨存在较低的理论容量(279mA hg^-1)，且半径大的钾离子在石墨烯层间进行嵌入和脱嵌时会发生体积膨胀破坏结构稳定性，从而降低电池的循环寿命和比容量。

因此，还需要开发出一种高容量、稳定性好的负极材料，以提高钾离子电池的循环稳定性和倍率性能。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的容量低、稳定性差的缺陷，提供一种介孔碳球的制备方法，通过该方法可以较准确地控制制备得到的介孔碳球的孔径大小，且制得的介孔碳球比表面积大、介孔结构丰富，能够极大地提高钾离子电池的循环稳定性。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的介孔碳球。

本发明的另一目的在于提供上述介孔碳球作为钾离子电池负极材料的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种介孔碳球的制备方法，包括如下步骤：

S1.将胶体二氧化硅分散在水中形成二氧化硅预分散液，再与苯胺、强酸溶液混合，得到分散液；

在0～10℃条件下，向分散液中加入引发剂的盐酸水溶液，然后进行聚合反应，得到二氧化硅-聚苯胺复合材料；

S2.在惰性气体气氛中，所述二氧化硅-聚苯胺复合材料经过煅烧处理进行碳化，得到二氧化硅-碳复合物；

S3.将所述二氧化硅-碳复合物去除二氧化硅模板，得到所述介孔碳球。