本发明专利技术提出由多孔性碳制造的便宜产品，其多孔结构适合用来保持电极成分，尤其适合作为锂硫二次电池的电极材料，和提出一种方法，其具有下列方法步骤：(a)提供由无机材料制成的模板，该模板含有球形纳米粒子和孔洞，(b)以第一种类碳的前体物质渗透模板的孔洞，(c)加以碳化，于纳米粒子上形成具有第一微多孔性的内层，(d)以第二种类碳的前体物质渗透模板剩余的孔洞，(e)将前体物质加以碳化，在其内层上产生一层具有第二微多孔性的外层，其微多孔性较第一微多孔性为低，以及(f)移除模板，以形成具有层状复合结构的碳产品，其结构包含一个由碳所构成的内层，该内层具有第一较高的微多孔性并含有向着空腔的开放表面，以及具有一个由碳所构成的外层，该外层具有第二较低的微多孔性并含有背对空腔的开放表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提出由多孔性碳制造的便宜产品，其多孔结构适合用来保持电极成分，尤其适合作为锂硫二次电池的电极材料，和提出一种方法，其具有下列方法步骤：(a)提供由无机材料制成的模板，该模板含有球形纳米粒子和孔洞，(b)以第一种类碳的前体物质渗透模板的孔洞，(c)加以碳化，于纳米粒子上形成具有第一微多孔性的内层，(d)以第二种类碳的前体物质渗透模板剩余的孔洞，(e)将前体物质加以碳化，在其内层上产生一层具有第二微多孔性的外层，其微多孔性较第一微多孔性为低，以及(f)移除模板，以形成具有层状复合结构的碳产品，其结构包含一个由碳所构成的内层，该内层具有第一较高的微多孔性并含有向着空腔的开放表面，以及具有一个由碳所构成的外层，该外层具有第二较低的微多孔性并含有背对空腔的开放表面。【专利说明】具有层状复合结构的多孔碳产品、其制造方法及其应用本专利技术涉及一种具有层状复合结构的多孔碳产品的制造方法，该产品具有一个由第一碳种类形成的内层和与之相接触的一个由第二碳种类形成的外层。此外本专利技术还涉及一种具有层状复合结构的多孔碳产品，所述产品具有一个由第一碳种类形成的内层和与之相接触的一个由第二碳种类形成的外层。此外，本专利技术还涉及所述碳产品的应用。在可携式电子器材的发展进程中，对可充电电池(“蓄电池”或“二次电池”)的需求也随之升高。其基本要求为高电池电压、以及在尽可能低化学当量重量下有较高蓄电容量。此外，也要求较高的循环生命周期，也即在充电和放电时电荷损失较小。对于商业应用而言，其电极材料应更为便宜、无毒性、非爆炸性以及容易加工。现有技术近来，锂二次电池的技术重要性高涨。其具有一个阴极(正电极)以及一个阳极(负电极)，所述阳极由一种适合用于锂离子的嵌入及释放(层间化合和释放)的材料构成，该材料与一种使锂离子得以运动的电解质相邻接。阳极材料是采用多孔性碳结构，该结构能可逆地吸收和释放锂离子，但不会明显改变其结构和电气特性。锂二次电池的阴极主要是由锂和一种过渡金属的复合氧化物所构成，例如氧化钴锂(LiCoO2)t5随着电解质种类的不同，锂二次电池是分成锂离子电池(LIBs)以及锂聚合物电池(LPBs)两种。锂离子电池是采用液态电解质，而锂聚合物电池则采用聚合物电解质。理论电池电压约为3.7V，而高效能(约90%)时的能量密度，随电池种类的不同，约为120至210Wh/kg。理论上的最大容量限制在约300mAh/g。除了锂之外，硫因为化学当量重量很低，也是合适的电极组分候选者。此外，硫除了很便宜外，毒性也较低。多年来，锂硫二次电池即已开始发展，属于多种前途看好的下一代二次电池之一。在该电池的最简单构型中，电池由一个硫制的正电极以及一个锂制的负电极所构成。其理论容量为1.675mAh/g(此时假设电极放电时所有硫原子完全还原为S2_)，额定电压为2.2V/电池，而且具有超越所有蓄电池的最高能量密度的趋势，约为2500Wh/kg。但实践上至今所能达到的效能仍十分有限。究其根本，即在于锂硫二次电池的电化学特性。其基本氧化还原反应，是以下列反应式表示:Ss + 16U Z SLi2S。然而参与该反应的硫成分(或是含硫的有机化合物)，却为电和离子的绝缘体，因此该电化学反应进程便需要与导电性良好的成分一例如碳一保持持久的深度接触。为保证含硫的电极的电或离子导电性，采用液态电解质一通常是有极性的有机溶剂。该电解质不仅是阳极和阴极间的离子传递介质，也为含硫电极内部的离子导体。由此，一方面会产生问题，即电极的结构应能够实现电解质无阻挡的进入。另一方面则是硫化物或多硫化物放电产物例如Li2S2或Li2S,会溶于该电解质内，并被其带走。当电解质的容器较大时，此问题尤为严重。由正电极扩散开的硫成分，已无法用于后续的电化学反应，造成电荷容量的降低。其放电的产物也可能不可逆地从电解液沉淀处理，由此其电荷容量也下降。为减少这些负面效应，US 2009/0311604 Al建议把从阴极所扩散开的硫负载(Beladung)减到最小，是通过具有纳米级孔的多孔性碳基质作为阴极的结构材料，在其中吸附硫负载。其纳米级多孔性可以构成为电极材料的10至99%体积，其中有小于100%是填充硫负载，以便一部分体积能让液态电解质自由进出。硫粒子会渗入碳基质的纳米级孔内。该孔是以纳米级通道互通，该通道能限制放电时溶解在电解质内的硫粒子以及体积较大的硫锂化合物的流动性。由此，这些粒子将直接留在碳基质附近，并因此与电导体接触，由该导体能够实现蓄电池充电时电化学反应的逆转。就碳基质而言，适合的起始组分有气凝胶、干凝胶以及分子筛。该方法的进一步发展，可由Xiulei Ji, Kyu Tae Lee, Linda F.Nazar发表于Nature Materials 8, 500 - 506 (2009)的论文，,A highly ordered nanostructuredcarbon - sulphur cathode for lithium - sulphur batteries “得知。其中，碳基质是采用一种以名称CMK-3已知的、含中型孔的碳产品，该产品具有孔洞大小统一且具有大孔洞体积的有规律的孔结构。该碳产品是以一种称为“硬模板法”制成。其硬模板是采用uSBA-1(Santa Barbara Amorphous type material (加州大学)的缩写)--种比表面积很高且具有周期性和可调中型孔排列的二氧化硅产品。以此方式，即可获得有规律的碳结构，其中平行且以六边形排列的、厚度为6.5nm的碳纳米小管，以宽度为3_4nm通道彼此相隔。其碳纳米小管是以横跨在通道上的碳微纤维缚在一起，以阻止该结构瓦解。此碳结构将以熔融液体的硫加以渗透，由此让硫因毛细力被吸入通道内，并于冷却之后，形成直径约为3nm的硫纳米纤维，该纤维与碳结构深度接触。技术目的 已知碳结构的起始成分的制造很繁复并且以此制成的电极也相对较贵。因此，本专利技术的基本目的，是提供以多孔性碳制成的便宜产品，其孔结构适合用于保持(Rueckhalten )电极组成部分,尤其可以作为锂硫二次电池的电极材料。此外本专利技术所基于的任务还在于给出一种方法，它允许成本低廉地制造这样一种由多孔碳形成的产品，其中其孔结构特别适合作为用于锂硫二次电池的电极材料。
技术实现思路
针对方法而言，本专利技术的目的是以一种包含下列方法步骤的方法实现: (a)提供一种由无机材料制成的模板，该模板含有球形纳米粒子和孔洞， (b)以第一种类碳的前体物质渗透模板的孔洞， (C)加以碳化，在纳米粒子上形成具有第一微多孔性的内层， (d)以第二种类碳的前体物质渗透模板剩余的孔洞， (e)将前体物质加以碳化，由此在其内层上产生一个具有第二微多孔性的外层，其微多孔性比第一微多孔性要低， (f)移除模板，以形成具有层状复合结构的碳产品，其结构包含一个由碳所构成的内层，该内层具有第一较高的微多孔性并含有向着空腔的开放表面，以及一个由碳所构成的外层，该外层具有第二较低的微多孔性并含有背对空腔的开放表面。本专利技术方法的结果是一种由碳所构成的复合产品，其具有层状复合结构以及许多空腔，至少具有两个衔接在一起且由不同碳种类所构成的层，所述碳种类的微多孔性并不相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：C诺伊曼，J贝克，
申请(专利权)人：赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司，
类型：
国别省市：
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