本發(fā)明涉及一種超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于電池材料。
背景技術(shù)：
1、近年來，隨著高端電子智能設(shè)備和新能源汽車的飛速發(fā)展，人們對電池的長周期充放電壽命和使用過程中的循環(huán)穩(wěn)定性需求越來越高。在上個世紀(jì)，鉛酸蓄電池、鎳鎘電池和鋰離子電池等可充電電池得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的libs在安全性、能量密度、生產(chǎn)成本等方面有一些限制，已經(jīng)無法滿足未來的市場需求。lsb由于其出色的理論能量密度(2600wh/g)、高理論比容量(1675mah/g)、豐富的硫電極儲備和成本效益已經(jīng)獲得了極大的關(guān)注。盡管如此，鋰硫電池正極材料引起的一系列復(fù)雜問題阻礙了lsb的實際應(yīng)用。
2、技術(shù)的快速進(jìn)步和人類需求的急劇增長導(dǎo)致了傳統(tǒng)化石燃料和其他不可再生資源的過度供應(yīng)。這種不平衡導(dǎo)致了重大的環(huán)境挑戰(zhàn)。因此，尋求新的清潔能源迫在眉睫，一直以來，生物質(zhì)由于其廉價、環(huán)境友好存在廣泛且易獲得。被認(rèn)為是一種有前景的制備功能材料的原料，生物質(zhì)除了含量大量碳?xì)溲踉?，還富含硫、氮和磷等元素，甚至含有鐵、銅等金屬。因此，生物質(zhì)作為原料應(yīng)用于鋰硫電池具有良好的基礎(chǔ)，具有創(chuàng)造顯著經(jīng)濟價值的潛力。目前，可用于制備多孔炭的生物質(zhì)材料有柚皮、竹子、咖啡渣、山羊毛、柑橘皮、殼聚糖、棉紙等。其中有較多采用果殼為原料，高溫碳化得到多孔碳的技術(shù)報道，但是果殼一般來說較為堅硬致密，所含成分不好鑒定，制備過程通常涉及到活化酸洗，且負(fù)載率不夠高。例如文獻(xiàn)[電化學(xué)學(xué)報420(2022)140454]中任某以澳洲堅果殼為前驅(qū)體制備多孔碳材料。通過研究活化過程中溫度對多孔碳材料微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)在900℃活化條件下制備的多孔碳材料負(fù)載70.1％硫含量制備復(fù)合正極材料具有最高的比容量，0.2c首次放電比容量為942.4mah?g-1。將其與碳納米管以1:1的質(zhì)量比復(fù)合后得到的復(fù)合材料其性能有所提升，且其過程涉及到活化及復(fù)合多步操作。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用，采用來源廣泛的生物質(zhì)苦櫧堅果為原料，通過簡單的冷凍干燥輔助碳化法制備得到一種超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料，增大了比表面積，提高了負(fù)載率，并將其應(yīng)用于鋰硫電池中。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料，由將堅果果仁粉碎，并模板劑混合成漿體后，倒入模具中，干燥成型，然后將成型后的坯體在保護氣氛下高溫碳化，高溫碳化產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥而成。
4、進(jìn)一步優(yōu)選，還在漿體中摻雜金屬離子或者活化劑。
5、一種超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，將堅果果仁粉碎，并模板劑混合成漿體，冷卻后倒入模具中，干燥成型，然后將成型后的坯體在惰性氣體保護下600-900℃高溫碳化，高溫碳化產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥得到超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料。
6、進(jìn)一步優(yōu)選，可先將堅果果仁粉碎，然后與模板劑按比例混合，或者先按比例稱取堅果果仁和模板劑，然后再粉碎?？梢韵雀煞ǚ鬯樵偌铀?dāng)嚢璧玫綕{體，也可以加水進(jìn)行濕發(fā)粉碎得到漿體。
7、進(jìn)一步優(yōu)選，向漿體中加入金屬離子或者活化劑，充分溶解后，再倒入模具中成型。
8、進(jìn)一步優(yōu)選，干燥成型的方式為：在冷凍干燥機中冷凍干燥。
9、進(jìn)一步優(yōu)選，高溫碳化過程為：在保護氣氛下以10℃/min加熱至600-900℃，保溫2小時。
10、進(jìn)一步優(yōu)選，高溫碳化產(chǎn)物用鹽酸與去離子水洗滌。
11、進(jìn)一步優(yōu)選，洗滌后的在干燥箱內(nèi)80℃干燥。
12、進(jìn)一步優(yōu)選，所述模板劑包括氯化鈉，氯化鉀，氯化鈣，氯化鎂，氯化鋅中的一種或多種。
13、進(jìn)一步優(yōu)選，所述金屬離子包括鐵離子，鈷離子，鎳離子，錳離子中的一種或多種。
14、進(jìn)一步優(yōu)選，所述活化劑包括碳酸鈉，碳酸氫鈉，氫氧化鈉中的一種或幾種。
15、進(jìn)一步優(yōu)選，堅果果仁與模板劑的質(zhì)量比為2：1-1：3。
16、進(jìn)一步優(yōu)選，將堅果果仁與模板劑加入豆?jié){機中攪碎成漿體。
17、進(jìn)一步優(yōu)選，金屬離子加入量為：堅果果仁質(zhì)量的0.5％～5％；活化劑加入量為堅果果仁質(zhì)量的2％～8％。
18、進(jìn)一步優(yōu)選，所述堅果果仁為苦櫧堅果果仁。
19、本發(fā)明還提供了超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料在制備鋰硫電池正極材料中的應(yīng)用。
20、本發(fā)明利用來源廣泛的堅果果仁為碳源，通過簡單的冷凍干燥輔助高溫碳化工藝，制備得到超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料，該工藝流程簡便，所需碳源簡單易得，無需加入多種原料，反應(yīng)所涉及試劑對環(huán)境危害很小?？尚Х滦詮姡m合工業(yè)化生產(chǎn)，同時，本發(fā)明所得材料應(yīng)用于鋰硫電池有優(yōu)異的電化學(xué)性能，為新能源事業(yè)注入新動能。
1.一種超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料，其特征是，由將堅果果仁粉碎，并模板劑混合成漿體后，倒入模具中，干燥成型，然后將成型后的坯體在保護氣氛下高溫碳化，高溫碳化產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料，其特征是，還在漿體中摻雜金屬離子或者活化劑。
3.一種超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，其特征是，將堅果果仁粉碎，并模板劑混合成漿體，冷卻后倒入模具中，干燥成型，然后將成型后的坯體在惰性氣體保護下600-900℃高溫碳化，高溫碳化產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥得到超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，其特征是，向漿體中加入金屬離子或者活化劑，充分溶解后，再倒入模具中成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，其特征是，干燥成型的方式為：在冷凍干燥機中冷凍干燥。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，其特征是，高溫碳化過程為：在保護氣氛下以10℃/min加熱至600-900℃，保溫2小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，其特征是，所述模板劑包括氯化鈉，氯化鉀，氯化鈣，氯化鎂，氯化鋅中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，其特征是，所述金屬離子包括鐵離子，鈷離子，鎳離子，錳離子中的一種或多種；所述活化劑包括碳酸鈉，碳酸氫鈉，氫氧化鈉中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料的制備方法，其特征是，堅果果仁與模板劑的質(zhì)量比為2：1-1：3；金屬離子加入量為：堅果果仁質(zhì)量的0.5％～5％；活化劑加入量為堅果果仁質(zhì)量的2％～8％。
10.權(quán)利要求1所述的超薄壁蓬松互聯(lián)多孔碳材料在制備鋰硫電池正極材料中的應(yīng)用。