[发明专利]超微孔碳材料、硫正极材料及其在锂硫电池中应用研究

说明书

本发明提供了超微孔碳材料、硫正极材料及其在锂硫电池中应用研究。超微孔碳材料的制备方法包括：S1、将含有羧酸根的高分子化合物分散在水中，得到溶液A；S2、将CuClsubgt;2/subgt;·2Hsubgt;2/subgt;O溶解于水中，得到溶液B；S3、将所述溶液A缓慢加入到所述溶液B中，加入完成后，依次进行静置、第一干燥处理；S4、在第一惰性气氛中，对所述第一干燥后的产物进行第一煅烧，得到所述超微孔碳材料；所述含有羧酸根的高分子化合物包括海藻酸钠和/或羧甲基纤维素钠。利用含有羧酸根基团的高分子化合物和Cusupgt;2+/supgt;之间的静电相互作用，制备了具有三维交联结构的凝胶，经过煅烧后得到超微孔碳材料；且超微孔碳材料制备工艺简单，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种超微孔碳材料、硫正极材料及其在锂硫电池中应用。

背景技术

在电池体系中，锂硫电池凭借其超高的理论能量密度和放电比容量，受到人们的广泛关注，被认为是具有发展前景的下一代可充电电池体系之一。然而活性硫和放电最终产物均为电子/离子绝缘体，同时两者之间的转换存在严重的体积膨胀过程，严重影响了正极的结构。除此之外，放电中间产物多硫化物溶解在电解液中造成的穿梭效应，严重影响硫正极的循环稳定性。

目前常见的策略是将活性物质硫负载在多孔碳的纳米孔道中，制备方法包括物理活化法、化学活化法，模板法等。物理活化法通常需要外部引入活化剂，比如水蒸汽、CO₂等，该方法在一定程度上能够增强生物质碳材料的孔隙率，进而提升材料的电化学性能，但该方法对仪器设备的要求较高，能耗较大，制备得到的碳材料孔径难以控制。化学活化法采用的活化剂为KOH、K₂CO₃、ZnCl₂、H₃PO₄等，该方法将前驱体通过研磨或者浸渍的方式与活化剂均匀混合，在不同的温度下进行活化后得到碳材料。化学活化法在改善孔隙方面效率高，但大量腐蚀性试剂的使用以及活化后产物中化学物质的去除，使得碳材料的制备产率有限，不利于大规模生产。模板法在体系中引入一定模板，将模板与前驱体组装，碳化后，移除模板，采用该法制备得到的碳材料能够得到孔隙大小均一的多孔碳，但是目前得到的碳材料不能满足要求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种超微孔碳材料的制备方法，利用含有-COOH基团的高分子化合物和Cu²⁺之间的静电相互作用，制备了具有三维交联结构的凝胶，经过煅烧后得到超微孔碳材料，该超微孔碳材料的孔径可小至0.6nm，且孔径均一易于控制，上述孔结构对小分子硫具有优异的物理限域作用，将其与硫复合后得到的硫正极材料具有优异的电化学性能；且超微孔碳材料制备工艺简单，易于调控，造孔剂易于洗脱，可循环使用，有利于大规模生产。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种超微孔碳材料的制备方法，该制备方法包括：

S1、将含有羧酸根的高分子化合物分散在水中，得到溶液A；

S2、将CuCl₂·2H₂O溶解于水中，得到溶液B；

S3、将所述溶液A缓慢加入到所述溶液B中，加入完成后，依次进行静置、第一干燥处理；

S4、在第一惰性气氛中，对所述第一干燥后的产物进行第一煅烧，得到所述超微孔碳材料；

所述含有羧酸根的高分子化合物包括海藻酸钠和/或羧甲基纤维素钠。

进一步地，所述溶液A的浓度为0.2～0.4mol L^-1；

所述溶液B的浓度为0.1～0.2mol L^-1。