一种碳复合材料及其制备方法和应用、一种锂离子热电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种碳复合材料及其制备方法和应用、一种锂离子热电池。本发明专利技术提供了一种碳复合材料，包括多孔碳和负载在所述多孔碳上的过渡金属氮化物量子点；所述多孔碳具有多级孔结构。本发明专利技术提供的碳复合材料中的多孔碳具有多级孔结构，可以有效的缩短电解质离子和电子的传输距离，有利于电解液在电极内部的充分浸润，显著增大电极材料的电化学有效比表面积；同时过渡金属氮化物量子点的存在又提高了材料整体的导电性；将本发明专利技术提供的碳复合材料应用于锂离子热电池中，能够进一步提高热电转换效率。能够进一步提高热电转换效率。能够进一步提高热电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种碳复合材料及其制备方法和应用、一种锂离子热电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种碳复合材料及其制备方法和应用、一种锂离子热电池。

技术介绍

[0002]热能，作为目前人类生产生活中存在最为广泛的一种能量，其大部分会以低品质热(<100℃)的形式进行耗散，从而大大降低了其利用率。通过热电转换器件可以将这部分耗散的低品质热重新利用，并以电能的形式进行收集。
[0003]目前，常用的热电转换器件主要是以半导体为能量转换载体，这类器件通常受限于其较低的热电转换能力、较高的热端温度以及复杂的集成工艺。
[0004]基于有机电解液体系的锂离子热电池，通过在正负极的两侧设置导热体，在充电的过程中，改变两侧的导热体的温度使正负极之间形成温度梯度，进而使正负极之间形成电动势，促使锂离子从正极脱出，在负极进行沉积，完成电池的充电，进而实现热电转换。
[0005]但是目前的正极材料主要为磷酸铁锂、钛酸锂或锰酸锂，热电转换的效率较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种碳复合材料及其制备方法和应用、一种锂离子热电池，将本专利技术提供的碳复合材料应用于热电池中，能够进一步提高热电转换效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种碳复合材料，包括多孔碳和负载在所述多孔碳上的过渡金属氮化物量子点；
[0009]所述多孔碳具有多级孔结构。
[0010]优选的，所述过渡金属氮化物中的过渡金属元素包括钼、钒、钨、铬和铌中的一种或几种。
[0011]优选的，所述过渡金属氮化物量子点的负载质量百分含量为5％～15％。
[0012]优选的，所述多级孔包括大孔结构、介孔结构和微孔结构；
[0013]所述大孔结构、介孔结构和微孔结构的体积比为5～10：75～90：5～15。
[0014]本专利技术还提供了一种碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将氮源、碳源和过渡金属源混合，经煅烧，得到所述碳复合材料。
[0016]优选的，所述氮源包括氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、磷酸氢铵和硫酸氢铵中的一种或几种；
[0017]所述碳源包括柠檬酸盐；
[0018]所述过渡金属源包括过渡金属盐和/或过渡金属氧化物；
[0019]所述氮源、碳源和过渡金属源的质量比为5：5：1～3。
[0020]优选的，所述煅烧的温度为700～1000℃，保温时间为0.5～3h；
[0021]所述煅烧在保护气氛中进行。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述的碳复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的碳复合材料在锂离子热电池正极中的应用。
[0023]本专利技术还提供了一种锂离子热电池，包括电池单元和导热体；
[0024]所述电池单元包括电芯和包裹在所述电芯外侧的电池壳；
[0025]所述电芯包括依次层叠设置的正极、隔膜和负极；所述正极和负极之间填充有电解液；
[0026]所述正极包括集流体和负载在所述集流体上的正极材料；所述正极材料包括活性材料、导电剂和粘结剂；所述活性材料为上述技术方案所述的碳复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的碳复合材料；
[0027]所述导热体包括第一导热体和第二导热体；所述第一导热体和第二导热体分别设置在所述电池单元的两侧。
[0028]优选的，所述负极包括锂金属负极；
[0029]所述隔膜包括聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜或玻璃纤维隔膜；
[0030]所述导热体包括帕尔贴。
[0031]本专利技术提供了一种碳复合材料，包括多孔碳和负载在所述多孔碳上的过渡金属氮化物量子点；所述多孔碳具有多级孔结构。本专利技术提供的碳复合材料中的多孔碳具有多级孔结构，可以有效的缩短电解质离子和电子的传输距离，有利于电解液在电极内部的充分浸润，显著增大电极材料的电化学有效比表面积；同时过渡金属氮化物量子点的存在又提高了材料整体的导电性，由于材料电导率与热电转换效率呈正相关，使得将本专利技术提供的碳复合材料应用到锂离子热电池的正极中，能够进一步提高热电转化效率。
附图说明
[0032]图1为应用例中得到的锂离子热电池的结构示意图，其中1
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第一帕尔贴，2
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铝塑膜，3
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负极，4
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隔膜，5
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正极，6
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第二帕尔贴，7
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负极极耳，8
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正极极耳；
[0033]图2为实施例1得到的碳复合材料的SEM图；
[0034]图3为实施例1得到的碳复合材料的XRD图；
[0035]图4为实施例1和对比例1～2得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池在不同温差下的电压变化图；
[0036]图5为实施例6～7得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池在不同温差下的电压变化图；
[0037]图6为实施例1和对比例1～2得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池在不同温差下的塞贝克系数图；
[0038]图7为实施例6～7得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池在不同温差下的塞贝克系数图；
[0039]图8为实施例1和对比例1～2得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池进行热充电
‑
负载放电的测试曲线；
[0040]图9为实施例6～7得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池进行热充电
‑
负载放电的测试曲线；
[0041]图10为实施例1和对比例1～2得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池的输出
热功率图；
[0042]图11为实施例6～7得到的碳复合材料组装得到的锂离子热电池的输出热功率图；
[0043]图12为实施例1得到的碳复合材料的热重分析曲线；
[0044]图13为实施例1得到的碳复合材料和对比例1～2得到的多孔碳材料的氮气吸脱附曲线；
[0045]图14为实施例1得到的碳复合材料和对比例1～2得到的多孔碳材料的孔径测试曲线。
具体实施方式
[0046]本专利技术提供了一种碳复合材料，包括多孔碳和负载在所述多孔碳上的过渡金属氮化物量子点；
[0047]所述多孔碳具有多级孔结构。
[0048]在本专利技术中，所述多级孔优选包括大孔结构、介孔结构和微孔结构；所述大孔结构、介孔结构和微孔结构的体积比优选为5～10：75～90：5～15。
[0049]在本专利技术中，所述碳复合材料的比表面积优选为300～2000m2/g。在本专利技术中，所述碳复合材料的粒径优选为5～10μm。
[0050]在本专利技术中，所述过渡金属氮化物中的过渡金属元素优选包括钼、钒、钨、铬和铌中的一种或几种。
[0051]在本专利技术中，所述过渡金属氮化物量子点优选具有单斜晶系的纯相结构。在本专利技术中，所述过渡金属氮化物量子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳复合材料，其特征在于，包括多孔碳和负载在所述多孔碳上的过渡金属氮化物量子点；所述多孔碳具有多级孔结构。2.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述过渡金属氮化物中的过渡金属元素包括钼、钒、钨、铬和铌中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的碳复合材料，其特征在于，所述过渡金属氮化物量子点的负载质量百分含量为5％～15％。4.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述多级孔包括大孔结构、介孔结构和微孔结构；所述大孔结构、介孔结构和微孔结构的体积比为5～15：75～90：5～10。5.权利要求1～4任一项所述碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氮源、碳源和过渡金属源混合，经煅烧，得到所述碳复合材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氮源包括氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、磷酸氢铵和硫酸氢铵中的一种或几种；所述碳源包括柠檬酸盐；所述过渡金属源包括过渡金属盐和/或过渡金属氧化物；所述氮源、碳源和过渡金属源的质量比为5：5：1～3。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：张校刚，李志伟，徐颖弘，窦辉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：