一种多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CN104518218A(43)申请公布日(43)申请公布日2015.04.15(21)申请号201310454424.0(22)申请日2013.09.29(71)申请人中国科学院大连化学物理研究所地址116023辽宁省大连市中山路457号(72)发明人张益宁张华民王美日李婧马艺文(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人马驰(51)Int.Cl.H01M4/583(2010.01)H01M4/06(2006.01)C01B31/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页(54)发明名称一种多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用(57)摘要一种多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用，所述碳材料所述碳材料由颗粒粒径为1-30um的碳颗粒混合组成，碳颗粒本身呈由碳片层构成的类蜂窝状多孔结构，碳材料中碳颗粒的孔容为0.5～5cm3/g；碳颗粒内部包括两种孔，一种是由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔，另一种是均匀分布于碳片层孔壁内的孔；交错贯通孔主要为孔径范围为5～90nm的孔，其占贯通孔体积的80%以上；碳片层厚度为2～50nm；孔壁内的孔主要为孔径范围为1～10nm的孔，占孔壁内孔体积的90%以上。将该碳材料用于锂-亚硫酰氯电池正极中，可最大限度地提高碳材料在放电过程中的空间利用率，有效提高电池的能量密度及功率密度。CN104518218ACN104518218A权利要求书1/2页1.一种多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用，其特征在于：所述碳材料由颗粒粒径为1-30um的碳颗粒混合组成，碳颗粒本身呈由碳片层构成的类蜂窝状多孔结构，碳材料中碳颗粒的孔容为0.5～5cm3/g；碳颗粒内部包括两种孔，一种是由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔，另一种是均匀分布于碳片层孔壁内的孔；交错贯通孔主要为孔径范围为5～90nm的孔，其占贯通孔体积的80%以上；碳片层厚度为2～50nm；孔壁内的孔主要为孔径范围为1～10nm的孔，占孔壁内孔体积的90%以上。2.按照权利要求1所述的应用，其特征在于：碳颗粒中的碳片层表面原位掺杂催化组分，所述的催化组分包括N、B、O、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上，采用X射线光电子能谱检测，X射线光电子能谱检测范围为碳片层表面至碳片层表面以下10纳米范围内，检测范围内催化组分占检测范围所有元素的物质的量比例为0.1～10%。3.按照权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的碳材料采用模板法按如下过程制备将碳前驱物和模板溶于去离子水或有机溶剂中，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化气体为N2或/和Ar，碳化温度范围在500～1700℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板，经过滤、干燥，即得多孔碳材料。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述碳前驱物包括以下中的一种或二种以上：（1）低分子的糖类，包括蔗糖、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇；（2）小分子的有机物，包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯；（3）高分子聚合物，包括中间相沥青、聚乙二醇、苯酚甲醛树脂或间苯二酚甲醛树脂、聚苯胺、聚吡啶、三聚氰胺。5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述模板为SiO2溶胶、沸石、Al2O3、介孔SiO2、氧化镁、醋酸镁、葡萄糖酸镁、氧化铜、氧化锌、氧化亚铁、三氧化二铁、碳酸钙、碳酸镁、四氧化三铁、二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、三氧化钼、三氧化二钒、氧化钛纳米粉体、金属镍氢氧化物、金属铁氢氧化物、金属镁的氢氧化物、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或两种以上，其中模板粒径尺寸范围在5～8000nm。6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述碳材料采用模板法结合催化活化法制备而成，其过程如下：将碳前驱物溶于去离子水或有机溶剂中，然后添加金属盐或金属氢氧化物继续溶解分散，再加入模板溶解分散，水浴加热40～85℃并机械搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥；干燥后的产品进行碳化，碳化温度范围在500～1700℃，碳化时间控制在1～8h，得到模板/碳复合物，用酸或碱溶液去除模板和金属盐或金属氢氧化物，经过滤、干燥，即得多孔碳材料；所述模板法结合催化活化法的制备过程中，将碳前驱体在溶解过程中添加前驱体含Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上金