一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法及其在锂硫电池中的应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115764162A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211405439.3(22)申请日2022.11.10(71)申请人安徽工业大学地址243071安徽省马鞍山市经济技术开发区南区嘉善科技园2号楼(72)发明人马连波王善莹王紫薇彭波徐杰朱阿成(74)专利代理机构安徽顺超知识产权代理事务所(特殊普通合伙)34120专利代理师张慧(51)Int.Cl.H01M50/449(2021.01)B82Y40/00(2011.01)H01M10/052(2010.01)H01M50/431(2021.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法及其在锂硫电池中的应用(57)摘要本发明公开一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法及其在锂硫电池中的应用，本发明首先使用共沉淀法，以钴盐、表面活性剂、2‑甲基咪唑和三乙胺为原料并在适当的温度下搅拌一定时间，静置后将沉淀物洗涤干燥，再将其进行煅烧和酸处理制得纳米多孔骨架结构的Co‑N‑C。该纳米骨架结构尺寸均匀、结构完整，具备良好的孔隙结构、大表面积和丰富的电化学活性位点，将其作为隔膜修饰层时，能在很大程度上提高锂硫电池的电化学性能。本发明方法相比于现有制备Co‑N‑C的方法，具有绿色环保、简单易操作、流程短的优点，为大规模合成不同尺寸纳米级别的Co‑N‑C催化剂提供新途径。CN115764162ACN115764162A权利要求书1/1页1.一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备纳米多面体沸石咪唑酯骨架‑67首先将Co(NO3)2·6H2O和PVP溶解在甲醇溶液中，再将其倒入含2‑甲基咪唑和三乙胺的甲醇溶液中，搅拌后静置，将获得的紫色沉淀洗涤并在真空气氛中烘干，即可得到纳米多面体沸石咪唑酯骨架‑67，记为ZIF‑67；2)制备ZIF‑67衍生的Co‑N‑C将ZIF‑67放置于管式炉中，在580～620℃下进行第一次煅烧并保持一段时间后冷却，将得到的黑色粉末进行酸洗并离心干燥；随后，干燥产物在750～850℃下第二次煅烧并保持一段时间后冷却，收集到的粉末样品即为所需的钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架，记为Co‑N‑C。2.根据权利要求1所述的钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤1)中，搅拌温度为25～30℃，搅拌时间为15min。3.根据权利要求1所述的钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤1)中，Co(NO3)2·6H2O和PVP的质量比为0.5～2：1。4.根据权利要求1所述的钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤1)中，甲醇溶液中2‑甲基咪唑的含量为0.01～0.02g/ml，甲醇溶液中三乙胺的含量为0.2～0.4μl/ml。5.根据权利要求1所述的钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤1)中，紫色沉淀使用甲醇进行洗涤；步骤2)中，酸洗产物在离心干燥前使用甲醇洗涤。6.根据权利要求1所述的钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤2)中，ZIF‑67置于程序升温管式炉中并在保护气氛下进行煅烧，第一次煅烧的温度为600℃，第二次煅烧的温度为800℃；第一次煅烧、第二次煅烧时的升温速率控制在1.5～2.5℃/min。7.一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架，其特征在于：该钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到。8.一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架在锂硫电池中的应用，其特征在于，利用权利要求7所述的钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架来制备用于锂硫电池的修饰隔膜。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：制备操作为：将Co‑N‑C材料与聚丙烯酸、乙炔黑按质量比8:1:1充分混合后，加入NMP制备浆料，随后将浆料涂敷在原料隔膜表面，烘干后即可得到所需的修饰隔膜。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述原料隔膜为用于锂硫电池的商业化隔膜。2CN115764162A说明书1/4页一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法及其在锂硫电池中的应用技术领域[0001]本发明属于纳米碳材料及其制备技术领域，具体涉及一种钴纳米晶负载氮掺杂多孔碳骨架的制备方法及其在锂硫电池中的应用。背景技术[0002]锂硫电池具有高理论比容量(1672mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg)，以及硫单质资源丰富、价格便宜、对环境友好等优点，被视为最有发展前景的下一代高能量密度二次电源。然而，锂硫电池在实际应用中仍存在一些挑战，如活性硫导电性差、短链硫化物难溶、梭形效应和体积膨胀大等问题，这些挑战会影响电池的循环寿命和倍率性能。有效的