一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用技术

本发明专利技术涉及一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚混合，再加入有机酸作为调孔剂，然后油浴反应得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶常压下干燥，得到有机凝胶；（3）将上述步骤（2）中得到的有机凝胶，在氩气气氛中，高温碳化，得到有机酸可控调孔碳材料；（4）将有机酸可控调孔碳材料和升华硫混合浸渍处理，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。可控调孔碳材料作为锂硫电池硫正极载体，能够有效抑制电池循环过程中产生的多硫化物溶解于电解质，同时碳材料可以增强电极导电性，明显改善锂硫电池的充放电循环性能。

Preparation method of controllable pore size carbon material and its application in lithium sulfur battery

The invention relates to a preparation method of a controlled porous carbon material and its application in a lithium sulfur battery, including the following steps: (1) mixing furfural and resorcinol, adding organic acid as a pore regulating agent, and reacting the oil bath to get the organic wet gel; (2) drying the obtained organic wet gel under the normal pressure to obtain the results. (3) the organic gels obtained from the above steps (2) were carbonized in the argon atmosphere, and the organic acid controlled porous carbon materials were obtained. (4) the organic acid controlled porous carbon material and sublimated sulfur were impregnated with the sulfur carbon composite material, and the sulfur carbon composite material was used as the positive pole of the lithium sulfur battery. As the positive carrier of the lithium sulfur battery, the controllable porous carbon material can effectively inhibit the dissolved polysulfide produced during the battery cycle, and the carbon material can enhance the conductivity of the electrode, and obviously improve the charging and discharging cycle performance of the lithium sulfur battery.

【技术实现步骤摘要】
一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用
本专利技术属于新能源电池材料
,具体涉及一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用。
技术介绍
随着人类社会高速发展，对化石能源需求日益增加，人们正在面临着资源枯竭以及环境问题的挑战。面对这样的难题，对高比能量化学电源的认识与要求也就变得更高。自锂离子电池商业化以来，世界各国都加紧对车用动力锂离子电池研发工作。但是受困于能量密度、安全性和价格一系列因素，传统的锂离子电池如磷酸铁锂、锰酸锂和钴酸锂电池已经不能满足电动汽车的要求。锂硫电池因其高的能量密度备受关注，其比容量可达到1675mAhg-1。锂硫电池正极材料活性物质为硫元素，有着诸多优点，自然界丰度大，环境友好，无毒等，同时也面临着一些挑战。现有技术中，作为锂硫电池硫正极载体的材料，在电池循环过程中会产生溶解于电解质多硫化物，从而影响锂硫电池的充放电循环性能。
技术实现思路
为了解决上述存在的技术问题，本专利技术设计了一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，可控调孔碳材料作为锂硫电池硫正极载体，能够有效抑制电池循环过程中产生的多硫化物溶解于电解质，同时碳材料可以增强电极导电性，明显改善锂硫电池的充放电循环性能。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案：一种可控调孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚混合，再加入有机酸作为调孔剂，然后油浴反应得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶常压下干燥，得到有机凝胶；（3）将上述步骤（2）中得到的有机凝胶，在氩气气氛中，高温碳化，得到有机酸可控调孔碳材料。进一步，上述步骤（1）中，糠醛和间苯二酚的摩尔比为2:1-3:1。进一步，上述步骤（1）中，有机酸与间苯二酚的摩尔比为1：200-1：100。进一步，上述步骤（1）中，有机酸是丁二酸或乙二酸或丙二酸或己二酸或草酸。进一步，上述步骤（1）中，油浴反应的条件是，在75-90℃恒温环境下，搅拌速度120-200r/min，反应时间8-20h。进一步，上述步骤（2）中，有机湿凝胶的干燥工艺条件为：在100-150℃、常压下干燥16-24h。进一步，上述步骤（3）中，有机凝胶高温碳化工艺条件是，在氩气气氛中，以5℃min-1升温速率升温到750-900℃，碳化5-10h。一种可控调孔碳材料在锂硫电池中的应用，将上述任一制备方法制得的有机酸可控调孔碳材料和升华硫混合浸渍处理，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。进一步，将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比1：3-1:1的比例，在150-165℃条件下，浸渍20-25h。进一步，将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比1:1的比例，在150℃条件下，浸渍20h。该可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用具有以下有益效果：（1）本专利技术中，利用该制备方法可以制备出一定孔径范围的碳材料，使得碳材料的孔径可控制在一定范围内。（2）本专利技术采用可调孔的碳材料作为硫正极基体，能够控制活性物质硫的含量，提高电池的容量，同时该碳材料作为锂硫电池的载体可明显改善电池的循环性能以及倍率性能。（3）本专利技术中，可控调孔碳材料作为锂硫电池硫正极载体，能够有效抑制电池循环过程中产生的多硫化物溶解于电解质，同时碳材料可以增强电极导电性，明显改善锂硫电池的充放电循环性能。附图说明图1：本专利技术可控调孔碳材料的制备方法实施例1中可控调孔碳材料的制备工艺流程图。具体实施方式下面结合附图1及实施例，对本专利技术做进一步说明：一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚按照摩尔比2:1-3:1混合，再加入有机酸作为调孔剂，有机酸与间苯二酚的摩尔比为1：200-1：100，然后在75-90℃恒温环境下，在油浴条件下，搅拌速度120-200r/min，反应8-20h，得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶用烘箱在100-150℃、常压下干燥16-24h，得到有机凝胶；（3）接着，将上述步骤（2）中的有机凝胶，在氩气气氛中，以5℃min-1升温速率升温到750-900℃条件下，高温碳化5-10h，得到有机酸可控调孔碳材料；（4）将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比1：3-1:1的比例，在150-165℃条件下，浸渍20-25h，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。上述步骤（1）中的有机酸可以是丁二酸或乙二酸或丙二酸或己二酸或草酸等。可控调孔碳材料作为锂硫电池硫正极载体，能够有效抑制电池循环过程中产生的多硫化物溶解于电解质，同时碳材料可以增强电极导电性，明显改善锂硫电池的充放电循环性能。实施例1图1示出了一种可控调孔碳材料的制备工艺流程图。本实施例提供了一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚按照摩尔比5:2混合，再加入丙二酸作为调孔剂，丙二酸与间苯二酚的摩尔比为1：150，然后在85℃恒温环境下，在油浴条件下，搅拌速度160r/min，反应10h，得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶用烘箱在100℃、常压下干燥24h，得到有机凝胶；（3）接着，将上述步骤（2）中的有机凝胶，在氩气气氛中，以5℃min-1升温速率升温到900℃条件下，高温碳化5h，得到有机酸可控调孔碳材料；（4）将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比3：4的比例，在150℃条件下，浸渍20h，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。实施例2本实施例提供了一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚按照摩尔比3:1混合，再加入丁二酸作为调孔剂，丁二酸与间苯二酚的摩尔比为1：100，然后在90℃恒温环境下，在油浴条件下，搅拌速度200r/min，反应20h，得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶用烘箱在150℃、常压下干燥24h，得到有机凝胶；（3）接着，将上述步骤（2）中的有机凝胶，在氩气气氛中，以5℃min-1升温速率升温到900℃条件下，高温碳化10h，得到有机酸可控调孔碳材料；（4）将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比1:1的比例，在165℃条件下，浸渍25h，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。实施例3本实施例提供了一种可控调孔碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚按照摩尔比2:1混合，再加入己二酸作为调孔剂，己二酸与间苯二酚的摩尔比为1：200，然后在80℃恒温环境下，在油浴条件下，搅拌速度120r/min，反应8h，得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶用烘箱在100℃、常压下干燥16h，得到有机凝胶；（3）接着，将上述步骤（2）中的有机凝胶，在氩气气氛中，以5℃min-1升温速率升温到750℃条件下，高温碳化5h，得到有机酸可控调孔碳材料；（4）将有机酸可控调孔碳材料和升华硫按照质量比1：3的比例，在150℃条件下，浸渍20h，得硫碳复合材料，将硫碳复合材料作为锂硫电池的正极。上面结合附图对本专利技术进行了示例性的描述，显然本专利技术的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本专利技术的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本专利技术的构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控调孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚混合，再加入有机酸作为调孔剂，然后油浴反应得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶常压下干燥，得到有机凝胶；（3）将上述步骤（2）中得到的有机凝胶，在氩气气氛中，高温碳化，得到有机酸可控调孔碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种可控调孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将糠醛和间苯二酚混合，再加入有机酸作为调孔剂，然后油浴反应得到有机湿凝胶；（2）将上述制得的有机湿凝胶常压下干燥，得到有机凝胶；（3）将上述步骤（2）中得到的有机凝胶，在氩气气氛中，高温碳化，得到有机酸可控调孔碳材料。2.根据权利要求1所述的可控调孔碳材料的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中，糠醛和间苯二酚的摩尔比为2:1-3:1。3.根据权利要求1所述的可控调孔碳材料的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中，有机酸与间苯二酚的摩尔比为1：200-1：100。4.根据权利要求1所述的可控调孔碳材料的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中，有机酸是丁二酸或乙二酸或丙二酸或己二酸或草酸。5.根据权利要求1所述的可控调孔碳材料的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中，油浴反应的条件是，在75-90℃恒温环境下，搅拌速度120-200r/min，反应时间8-20h。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘立升，熊建民，洪丽，秦玉林，唐少俊，陈大华，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34