[发明专利]一种类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料的制备方法及应用

说明书

一种类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料的制备方法及应用，它涉及一种多孔碳材料的制备方法及应用。本发明的目的是要解决现有类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料的制备工艺复杂，碳材料性质不稳定和提升锂硫电池的比容量小的问题。方法：一、将苯胺和吡咯溶于Triton X‑100水溶液中；二、加入过硫酸铵水溶液，静置，冷冻干燥；三、将苯胺‑吡咯的共聚物加入到盐溶液中；四、冷冻干燥；五、烧结；六、酸化、清洗、干燥，得到类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料。类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料作为载体材料用于锂硫电池正极材料中。本发明可获得一种类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳材料的制备方法及应用。

背景技术

能源问题以及工业生产带来的环境污染的问题日益严峻，电池等储能装置作为新的能源形式因为其环保性的特点开始越来越多的受到关注。其中，锂硫电池因其低成本、能量密度高、污染小以及原材料来源广泛的特点，被认为是极具潜力的高能量密度储能体系。但是，锂硫电池中存在的问题有待改进，工业化仍存在距离。例如正极材料电子以及离子电导率比较低，充放电过程包含多步转化反应以及固态到液态再到固态的相变。具体反应如下：

S₈+2e^-+2Li⁺→Li₂S₈ (1)(固体→液体)；

Li₂S₈+2e^-+2Li⁺→2Li₂S₄ (2)(液体→液体)；

Li₂S₄+6e^-+6Li⁺→4Li₂S (3)(液体→固体)。

添加碳载体材料可以提升其正极材料硫的导电性，并不一定能得到很高的容量。欲实现其高比容量，需改善从Li₂S₄到Li₂S的转化，因为这一步占据理论比容量的四分之三。这一步反应涉及到Li₂S₄在液相到导电载体材料表面的扩散和Li₂S在导电载体材料表面的成核和生长。因此碳载体材料的表面化学状态和形貌对锂硫电池的性能有重要影响。片状的氮掺杂多孔碳材料具有较大的比表面积，多孔结构为Li₂S₄提供了更快的扩散通道，氮掺杂的表面有利于Li₂S的成核和生长，从而可以提升锂硫电池的比容量。

目前，常见的片状氮掺杂碳材料的制备有：(1)由含氮聚合物对石墨烯进行表面包覆后烧结；(2)由贵金属催化气体/固体碳源的催化裂解。前者工艺相对复杂，后者价格昂贵；并且两者都可能会出现产物中氮掺杂不均匀的现象。因此探索制备流程简单，反应过程可控，能最终产业化的制备方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是要解决现有类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料的制备工艺复杂，碳材料性质不稳定和提升锂硫电池的比容量小的问题，而提供一种类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料的制备方法及应用。

一种类石墨烯片状氮掺杂多孔碳材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、将苯胺和吡咯溶于Triton X-100水溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液Ⅰ；

二、向混合溶液Ⅰ中加入过硫酸铵水溶液，混合均匀，得到混合溶液Ⅱ；将混合溶液Ⅱ进行静置，得到反应产物；使用蒸馏水对反应产物进行水洗，再进行冷冻干燥，得到苯胺-吡咯的共聚物；

三、将氯化钠和氯化铁溶于水中，得到盐溶液；将苯胺-吡咯的共聚物加入到盐溶液中，再超声分散，得到混合溶液Ⅲ；