一种硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料及其制备和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115893371A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211696930.6H01M50/451(2021.01)(22)申请日2022.12.28H01M50/446(2021.01)H01M50/431(2021.01)(71)申请人蜂巢能源科技(马鞍山)有限公司H01M50/403(2021.01)地址243000安徽省马鞍山市经济技术开H01M50/489(2021.01)发区金山湖路350号H01M10/42(2006.01)(72)发明人黄昱鑫H01M10/052(2010.01)(74)专利代理机构北京三聚阳光知识产权代理有限公司11250专利代理师纪赞(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)H01G11/26(2013.01)H01G11/32(2013.01)H01G11/86(2013.01)H01M50/449(2021.01)权利要求书2页说明书6页(54)发明名称一种硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料及其制备和应用(57)摘要一种硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料及其制备和应用，属于电池材料技术领域，克服现有技术中的修饰材料对多硫化物在电解液中的穿梭抑制效率低，导致电池电性能差的缺陷。本发明硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料，以质量百分含量计，0＜氮元素≤5％，0＜硫元素≤2％，0＜磷元素≤2％。本发明制得的多孔碳材料对多硫化物的吸附能力强，采用本发明多孔碳材料制得的电池和超级电容器电性能明显提升。CN115893371ACN115893371A权利要求书1/2页1.一种硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料，其特征在于，以质量百分含量计，0＜氮元素≤5％，0＜硫元素≤2％，0＜磷元素≤2％。2.根据权利要求1所述的硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：(1)比表面积在1000‑3000m2/g；(2)所述硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料为微介孔复合结构，孔径分布为0.6‑10nm；(3)粒径在5‑50μm。3.一种权利要求1或2所述的硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将磷源和氮源与碳源混合，惰性气体保护下，升温至600‑1000℃保温2‑6h，冷却获得氮、磷掺杂的前驱体材料；步骤2、将氮、磷掺杂的前驱体材料与硫单质混合，惰性气体保护下，升温至120‑250℃，保温6‑12h，冷却得到含硫前驱体；步骤3、将含硫前驱体在惰性气体保护下，升温至600‑1300℃，保温1‑6h，制得硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料。4.根据权利要求3所述的硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1满足条件(1)‑(6)中的至少一项：(1)磷源磷酸二氢铵或磷酸氢二铵；(2)氮源为磷酸二氢铵或磷酸氢二铵；(3)碳源为三聚氰胺、尿素、葡萄糖中的一种或多种；(4)磷源+氮源的和与碳源的质量比为1:1‑1：5；(5)升温速率为2‑10℃/min；(6)将磷源和氮源与碳源混合后进行研磨。5.根据权利要求3所述的硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，满足条件(1)‑(5)中的至少一项：(1)所述步骤2中，氮、磷掺杂的前驱体材料与硫单质的质量比为1:2‑10:1；(2)所述步骤2中，升温速率为1‑5℃/min；(3)所述步骤3中，升温速率为2‑10℃/min；(4)所述步骤3中，将含硫前驱体研磨后再升温；(5)所述步骤1‑步骤3中，惰性气体为氮气、氩气中的至少一种。6.一种多孔碳材料修饰的隔膜，其特征在于，所述多孔碳材料为权利要求1或2所述的硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料或根据权利要求3‑5任一项所述的方法制得的硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料。7.权利要求6所述的多孔碳材料修饰的隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述多孔碳材料与导电添加剂、粘结剂混合，加入溶剂制成浆料；将浆料涂覆在隔膜一面或两面，干燥去除溶剂，得到多孔碳材料修饰的隔膜。8.根据权利要求7所述的多孔碳材料修饰的隔膜的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：(1)所述溶剂为去离子水、乙醇和NMP中的一种或多种；2CN115893371A权利要求书2/2页(2)导电添加剂为SP、KB、CNT中的一种或多种；(3)粘结剂为CMC、SBR、LA133、PVDF、PTFE中的一种或多种；(4)浆料涂覆的厚度为50‑200微米；(5)干燥温度为60～120℃；(6)所述多孔碳材料与导电添加剂、粘结剂的质量比例为：多孔碳材料80‑97％，导电添加剂为2‑10％，粘结剂为1‑10％。9.一种超级电容器电极材料，其特征在于，包括权利要求1或2所述硫、氮、磷掺杂的多孔碳材料或根据权利要求3‑5任一项所述的方法制得的硫、氮、磷掺杂的多