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CN104518219A(43)申请公布日(43)申请公布日2015.04.15(21)申请号201310460193.4(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李婧王美日马艺文(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6页(54)发明名称多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用(57)摘要多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用，碳材料颗粒粒径为1-30μm，颗粒本身呈由碳片层构成的类蜂窝状多孔结构，孔容为0.5～5cm3/g，其内部包括二种孔，一种是由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔，另一种孔是均匀分布于孔壁内的孔；交错贯通孔主要为二类孔径范围分别为5～90nm和100～500nm的孔，二者占贯通孔孔体积的80%以上，二者孔体积比例为1∶10～10∶1，碳片层厚度为2-50nm；孔壁内主要为孔径范围为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。CN104518219ACN104518219A权利要求书1/2页1.多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用，其特征在于：所述碳材料颗粒粒径为1-30um，颗粒本身呈由碳片层构成的类蜂窝状多孔结构，孔容为0.5～5cm3/g，其内部包括二种孔，其中一种是由碳片层作为孔壁而构成的交错贯通孔，另一种孔是均匀分布于孔壁内的孔；交错贯通孔主要为二类孔径范围分别为5～90nm和100～500nm的孔，二者占贯通孔孔体积的80%以上，二者孔体积比例为1:10～10：1，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：所述的碳材料采用两步法制备而成，首先采用模板法按如下过程制备原始碳材料，而后对其进行后活化，在其碳颗粒内部构建所述的孔径为100～500nm的孔道；（1）模板法制备过程如下：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；（2）后活化过程如下：将所述模板法制备的多孔碳材料通入水蒸气、CO2、NH3中的一种或二种以上、或者可产生上述三种任一气体的化合物中的一种或二种以上进行活化；活化温度控制在400～1300℃，活化时间控制在10min～5h，进气流量控制在2～100ml/min；或者，将活化试剂与所述模板法制备的多孔碳材料研磨混合均匀，活化试剂为碳材料质量的10～300%，活化温度控制在300～900℃，活化时间控制在10min～5h；活化后碳材料用去离子水洗涤并干燥；所述的活化试剂包括碱类活化试剂KOH、酸类活化试剂H3PO4、盐类活化试剂为ZnCl2、K2CO3或Na2CO3中的一种。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