[发明专利]一种血红细胞状空心碳的制备方法及产品

说明书

本发明属于碳材料领域，并公开了一种血红细胞状空心碳的制备方法及产品。制备方法包括：(a)将引发剂加入溶剂中，搅拌均匀，然后加入乙酰丙酮盐搅拌溶解，形成均匀的溶液；(b)将吡咯单体加入获得的溶液中，反应生成的固体聚吡咯清洗后烘干；(c)将干燥的聚吡咯在氮气、氩气、氩氢、氨气、H₂S或PH₃中的一种或多种组合的条件下加热并保温，冷却后获得所需的血红细胞状空心碳。本发明还提供了由该制备方法制备的血红细胞状空心碳制备的电极片和二次电池。通过本发明，所得碳材料可规模化制备、价格低廉，二次电池比容量高、循环稳定性好，具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于碳材料领域，更具体地，涉及一种血红细胞状空心碳的制备方法及产品。

背景技术

碳材料以其特殊的结构、形态，在很多领域中有着广阔的应用前景，因此受到了广泛的关注。与其他形状的碳材料相比，空心碳具有高强度、低密度、大比表面积、耐高温、耐酸碱、高导电导热、丰富的内部空隙空间等优点，因此在吸附、载体、催化、储能等方向具有巨大的发展潜力。特别是在二次电池电极材料方向，传统的石墨类材料虽然价格低廉，商业实用性强，但是其理论比容量低，不再能满足未来高容量二次电池发展的需求。而空心碳球相比于传统石墨材料，首先，其具有较大的比表面积和缺陷，能提供更多的活性位点，提高电池的容量；其次，内部的空心空隙能有效的缓冲在充放电过程中产生的体积效应，提高电池的循环稳定性；再次，空心碳球的碳壳可以缩短锂离子扩散的距离，从而提高电池的倍率性能，具有更高的功率密度；最后血红细胞状的碳可以提高电池的体积能量密度。

目前关于空心碳的制备方法主要有金属还原法、冲击压缩法、超临界法、化学气相沉积法、高温热解法、水热法和模板法等，其中多数制备方案反应条件苛刻，操作过程繁琐，而且对实验设备要求高，不具备实用性。在本专利中，我们发明了一种简单易行、可宏量制备的软模板法，制备出一种新型的、具有巨大商业前景的血红细胞状空心碳，其制备过程对设备和反应条件的要求低，生产过程环境友好，而且产品形貌规整，粒径分布均匀。在作为电极材料应用在二次电池中时，该材料展现出了优异的电化学性能。

现有技术中，二次电池电极材料面临首次库伦效率低、比容量低、循环稳定性差、制备方法复杂、使用寿命短、成本较高的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种血红细胞状空心碳的制备方法及产品，通过采用既可以充当表面活性剂又能催化吡咯加快聚合的乙酰丙酮盐和含氮的吡咯单体作为反应前驱体，制备的血红细胞状空心碳的结构新颖，粒径分布均匀，同时，利用该血红细胞状空心碳制备的电极片应用于二次电池，由此解决二次电池比容量低、循环稳定性差和成本高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种血红细胞状空心碳的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)将引发剂加入溶剂中，搅拌均匀，然后将乙酰丙酮盐加入其中搅拌溶解，形成均匀的溶液；

(b)将吡咯单体加入由步骤(a)获得的溶液中，使得所述吡咯单体或吡咯混合物在所述溶液中的引发剂作用下发生聚合反应生成聚吡咯固体，静置后将所述聚吡咯固体取出清洗，烘干得到干燥的聚吡咯；

(c)将步骤(b)获得的干燥的聚吡咯在氮气、氩气、氩氢、氨气、H₂S或PH₃中的一种或多种组合的条件下加热并保温，冷却后获得所需的血红细胞状空心碳。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述引发剂优选采用偶氮类引发剂、H₂O₂、苯甲酰、硝酸、过硫酸盐或FeCl₃中的一种或多种；所述溶剂优选采用去离子水或乙醇与去离子水的混合液。