一种锂硫电池用多孔碳膜及其应用
专利汇可以提供一种锂硫电池用多孔碳膜及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种锂硫 电池 用多孔 碳 膜及其在锂硫电池中的应用，以有机高分子 树脂 、有机高分子树脂与无机 纳米粒子 的混合物、有机高分子树脂与有机配合物的混合物、或有机高分子树脂与粉体碳材料的混合物为原料，制备而成有机膜或有机—无机复合膜，通过预 氧 化、程序升温碳化、 刻蚀 模板，得到的多孔碳膜。多孔碳膜作为锂硫电池 正极材料 ，在 电极 制备工艺、原料利用率、 导电性 、电极组成结构和 质量 等各方面都表现出无与伦比的优势，具有良好的应用前景。，下面是一种锂硫电池用多孔碳膜及其应用专利的具体信息内容。
1.一种锂硫电池用多孔碳膜，其特征在于：
以有机高分子树脂、有机高分子树脂与无机纳米粒子的混合物、有机高分子树脂与有机配合物的混合物、或有机高分子树脂与粉体碳材料的混合物为原料，制备而成有机膜或有机—无机复合膜，通过预氧化、程序升温碳化、刻蚀模板，得到的多孔碳膜。
2.根据权利要求1所述的多孔碳膜，其特征在于：所述高分子树脂为聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚醚砜中的一种或二种以上；
所述无机纳米粒子为二氧化硅、碳酸钙、二氧化钛、二氧化锰、二氧化锆、氧化铜、三氧化二铝及金、银、铁、铜中的一种或二种以上；
所述有机配合物为金属有机配合物(ZIF-8、IRMOF-1、IRMOF-6、IRMOF-11、IRMOF-20、MOF-177、MOF-74、HKUST-1)和共价有机配合物(COF-1,COF-5,COF-102,COF-300)中的一种或二种以上；
所述粉体碳材料为碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、竹炭纤维、碳化棉纤维或碳粉BP2000、KB600、KB300、XC-72、Super-P、乙炔黑、活性炭中的一种或二种以上。
3.根据权利要求1所述的多孔碳膜，其特征在于：
所述多孔碳膜可以设计为微孔、介孔或大孔的单一孔径结构；或微孔与介孔、微孔与大孔的双峰孔径结构；或微孔、介孔和大孔的多峰孔径结构。
4.根据权利要求1或3所述的多孔碳膜，其特征在于：
所述多孔碳膜膜厚为20-500μm,孔径尺寸为0.5～5000nm，孔隙率为10～70％，比
2 -1 3 -1
表面为100～5000mg ，孔体积为0.1～4.5cmg 。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的多孔碳膜，其特征在于：所述多孔碳膜可按如下过程制备而成，
(1)将有机高分子树脂和表面活性剂溶解在在有机溶剂中，在温度为20～100℃下搅拌0.5～2h，形成相应的高分子溶液；
再于上述溶液中不加入或加入无机纳米粒子、粉体碳材料或有机配合物在温度为
20～100℃下充分搅拌0.5～15d，而终制成共混溶液；其中固含量为5～70wt％之间；
上述有机溶剂中还可加入易挥发性溶剂，形成混合溶剂，易挥发性溶剂在混合溶剂中的浓度为0～50wt％；
(2)将步骤(1)制备的共混溶液倾倒在无纺布基底或直接倾倒在玻璃板基底上，形成一整体；
挥发溶剂0～60s，然后将整体浸渍入树脂的不良溶剂中5～600s，在-20～100℃温度下制备成有孔膜，膜的厚度在20～500μm之间；或将整体放置于除湿10～150℃的烘台上，挥发溶剂2～24h，制得相应的无孔膜，膜的厚度在20～500μm；
(3)以步骤(2)得到的膜为基底，重复步骤(2)过程一次以上，得到二层以上结构不同的复合膜；
(4)将步骤(2)或(3)制备的膜洗涤后置于马弗炉内，从室温起程序升温预氧化，升温-1
速率为0.5～5℃min ，预氧化温度为180～350℃，恒温时间为1～5h；
(5)将步骤(4)得到的膜置于管式炉内，在不同气氛中从室温起程序升温碳化；不同气-1
氛为Ar，N2，H2与Ar混合气，或NH3和Ar混合气；气体流速30～300mL min ，升温速率为-1
1～10℃min ，碳化温度为500～2100℃，恒温时间为1～15h；
(6)根据步骤(2)或(3)得到的膜中的成分不同，将步骤(5)得到的含有金属、金属氧化物、碳酸钙或二氧化硅中一种或二种以上模板的碳膜分别置于HF、HCl或NaOH溶液中，刻蚀模板，HF浓度为5～40wt％，HCl浓度为3～36wt％，NaOH浓度为5～35wt％；
步骤(5)得到的不含有金属、金属氧化物或二氧化硅中一种或二种以上模板的部分碳膜样品无需刻蚀模板，可直接进行下步操作使用；
(7)取出步骤(6)中的碳膜，用乙醇和水洗涤，烘干后，得到成品多孔碳膜。
6.根据权利要求5所述的多孔碳膜，其特征在于：
为了提高步骤(5)得到膜的亲水性，可在用于刻蚀模板的溶液中加入少量无水乙醇，无水乙醇的终浓度为1～10wt％，可增加碳材料的浸润性。
7.根据权利要求5所述的多孔碳膜，其特征在于：
所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、F127、P123中一种或二种以上；
所述无机纳米粒子、粉体碳材料或有机配合物作为添加剂，添加剂为添加剂与有机高分子树脂总质量的10-70％；
所述有机溶剂为DMSO、DMAC、NMP、DMF中的一种或二种以上；所述易挥发性非溶剂为甲醇、四氢呋喃或正己烷中一种或二种以上；
所述树脂的不良溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或二种以上。
8.一种如权利要求1-7任一所述多孔碳膜的应用，其特征在于：所述多孔碳膜可用于锂硫电池中。
一种锂硫电池用多孔碳膜及其应用
技术领域
背景技术
kg ，远不能满足人们对电动汽车500km续航的需求。锂硫电池作为一种新的电化学储能二次电池，与传统的锂离子“脱嵌”式材料不同，在放电过程中，硫和金属锂发生两电子反应，-1 -1
可以放出很高的比容量(1675mAh g ),理论比能量也高达2600Whkg ，同时，活性物质硫具有自然丰度大，成本低，低毒，环境友好等优点，因此，锂硫电池被认为是可替代锂离子电池的新型二次电池之一，具有良好的应用前景。
发明内容
比表面为100～5000mg ，孔体积为0.1～4.5cmg 。
率为1～10℃min ，碳化温度为500～2100℃，恒温时间为1～15h；
具体实施方式
片载硫量约为2mg cm )，锂片为负极，clegard 2300为隔膜，以1M双(三氟甲基璜酰)亚胺锂溶液(LiTFSI)为电解质溶液，溶剂为1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的混合液(体积比v/v＝1:1),组装电池，在0.1C倍率下进行充放电测试。
率为1℃min ，恒温4h，待冷却至室温后，置于管式炉中900～1200摄氏度碳化，升温速率-1
为5℃min ，恒温4h，冷却至室温后，将碳化后小圆片(如图2右图所示)置于20wt％HF中刻蚀模板48h，去离子水洗涤数次干燥。充硫和组装电池测试步骤同实施例(单片载硫量-2
约为2mg cm )。
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