技术摘要：
本发明公开了一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法，属于电化学材料技术领域。其包括以下步骤：(1)将蔗糖与氧化石墨烯混合，加水配制成悬浊液；(2)对所述悬浊液进行蒸发，得到包裹有石墨烯的蔗糖结晶体；(3)将经研磨的蔗糖结晶体、介孔分子筛、2‑硫代以内酰脲和焦磷酸 全部
背景技术：
多孔碳是指具有一定孔道结构的碳材料。根据国际纯粹与应用化学联合会的定 义，多孔碳材料按照孔径大小可以分为以下三类：孔径小于2nm的多孔碳材料为微孔碳材 料，大于50nm的多孔碳材料为大孔碳材料，介于2-50nm的多孔碳材料为介孔碳材料。其中， 介孔碳按照介孔是否有序可分为有序介孔碳材料和无序介孔碳材料。 有序介孔碳材料是一类新型的非硅基介孔材料，具有均一的孔径、高度有序的孔 道分布及巨大的比表面积和孔容，在吸附、催化以及生物医药等方面具有广泛的应用前景。 其中，有序介孔碳材料由于其具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，有 利于离子的富集和传输，以及本身具有高活性，易于表面修饰或功能化，使得有序介孔碳材 料迅速发展成为一种新兴的电化学材料。 目前，可以在有序介孔碳材料中掺杂S、B、P、F或N来提高材料的导电性能，同时还 可将含氧功能团引入到材料表面，从而提高碳材料的吸附和氧化还原能力。对于掺杂单一 元素的有序介孔碳材料已有研究，但对于掺杂多种元素的有序介孔碳材料则比较困难，这 是因为多元素掺杂的有序介孔碳往往需要多种物质来提供相应的元素来源，制备过程相对 复杂，制备成本也进一步提高，不利于大规模制备与应用，限制了其应用与发展。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法，以解决现有制备掺 杂多种元素的有序介孔碳材料制备过程复杂的问题。 本发明解决上述技术问题的技术方案如下： 一种锂电池用介孔碳材料的制备方法，包括以下步骤： (1)将蔗糖与氧化石墨烯混合，加水配制成悬浊液； (2)对所述悬浊液进行蒸发，得到包裹有石墨烯的蔗糖结晶体； (3)对蔗糖结晶体进行研磨后与介孔分子筛、2-硫代以内酰脲和焦磷酸二氢二钠 加入有机溶剂中混合并超声分散，然后进行加热聚合，得到聚合物； (4)将聚合物在惰性气体保护下极性高温热解，使聚合物碳化，得到热解产物； (5)将热解产物浸入到刻蚀溶液中将介孔分子筛刻蚀掉后，经清洗干燥后，制得锂 电池用介孔碳材料。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(1)的具体步骤为：将蔗糖和石墨 烯按照质量为(5-10):1在40-60℃下加热搅拌溶解并超声分散0.5-1h。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)的具体步骤为：将悬浊液在60- 80℃下蒸发结晶，制得结晶体。 3 CN 111573651 A 说 明 书 2/5 页 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(3)中的分子介孔筛的制备方法包 括以下步骤： (1)将模板剂P123溶解在水中后，加入稀盐酸溶液，配制成浓度为0.05-0.1g/mL的 模板剂P123酸溶液； 其中，水和稀盐酸的体积比为1：(0.2-0.5)； (2)将硅酸钠溶解到水中配制成浓度为0.3-0.7g/mL硅酸钠溶液； (3)向模板剂P123酸溶液中加入部分硅酸钠溶液，在40-60℃下搅拌反应0.5-1h 后，加入TMB和TEOS混合剂，搅拌反应1-3h后，加入剩余部分硅酸钠溶液，继续搅拌反应4- 6h，制得混合液； 其中，模板剂P123酸溶液与硅酸钠溶液加入的体积比为1：(3-4)；TMB和TEOS混合 剂的加入量为整个反应溶液的1-5wt％；TMB和TEOS加入的质量比为1：(0.5-0.8)； (4)将混合液在80-120℃下放应18-24h后，经干燥后在500-700℃下焙烧3-6h后， 制得分子介孔筛。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(3)的具体步骤为：将经研磨的蔗 糖结晶体、介孔分子筛、2-硫代以内酰脲、焦磷酸二氢二钠按照质量为(0.1-0.3):1：(0..5- 0.8)：(0.7-0.9)在有机溶剂中混合并超声分散2-5h后，并且在常温下搅拌5-8h后，在40-80 ℃下聚合反应10-15h后，得到聚合物。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(4)的具体步骤为：在氮气保护下， 在600-900℃温度下加热2-4h。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(5)的具体步骤为：将热解产物在 80-100℃温度下，浓度为1-3mol/L的氢氧化钠溶液中进行搅拌，以刻蚀去除介孔分子筛，经 洗涤后在60-100℃下干燥。 一种锂电池用介孔碳材料，采用上述的锂电池用介孔碳材料的制备方法制得的。 本发明具有以下有益效果： 1、本发明通过先将氧化石墨烯与蔗糖溶解混合制成蔗糖晶体，这时氧化石墨烯能 均匀生长附着在蔗糖晶体表面，随蔗糖晶体更容易有效掺杂进介孔分子筛中，并且蔗糖为 含碳有机物，与氧化石墨烯同样为介孔碳材料提供碳源，并且蔗糖分子在溶解过程中还具 有一定的粘性，可作为促进剂，促进蔗糖结晶体、介孔分子筛、2-硫代以内酰脲和焦磷酸二 氢二钠的融合，得到混合更充分的聚合物，从而最终得到孔径分布更均匀、比表面积大且具 有序通道的介孔碳材料，为大量的锂离子储存和扩散提供通道。 2、本发明的介孔分子筛是通过硅酸钠和P123混合制备，在制备过程中加入TMB和 TEOS混合剂作为扩孔剂，使得制得的介孔分子筛具有规则的三维孔道结构，具有更高的介 孔体积和比表面积，有利于蔗糖结晶体、2-硫代以内酰脲和焦磷酸二氢二钠充分进入到介 孔分子筛中，促使材料形成介孔结构。 3、本发明的介孔碳材料惨杂了S、N和P元素，其中焦磷酸二氢二钠中含氧官能团可 促进介孔材料对S的吸附，并且蔗糖和氧化石墨烯碳化形成的三维网状结构还对S具有束缚 作用，从而提高介孔碳材料的S含量，在其作为锂电池负极材料时，提高其导电性。 4、本发明的锂电池用介孔碳材料，其制备简单、反应条件温和，对设备仪器要求 低，制得的介孔碳材料孔径分布均匀、比表面积大且具有序通道。 4 CN 111573651 A 说 明 书 3/5 页
本发明公开了一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法，属于电化学材料技术领域。其包括以下步骤：(1)将蔗糖与氧化石墨烯混合，加水配制成悬浊液；(2)对所述悬浊液进行蒸发，得到包裹有石墨烯的蔗糖结晶体；(3)将经研磨的蔗糖结晶体、介孔分子筛、2‑硫代以内酰脲和焦磷酸 全部
背景技术：
多孔碳是指具有一定孔道结构的碳材料。根据国际纯粹与应用化学联合会的定 义，多孔碳材料按照孔径大小可以分为以下三类：孔径小于2nm的多孔碳材料为微孔碳材 料，大于50nm的多孔碳材料为大孔碳材料，介于2-50nm的多孔碳材料为介孔碳材料。其中， 介孔碳按照介孔是否有序可分为有序介孔碳材料和无序介孔碳材料。 有序介孔碳材料是一类新型的非硅基介孔材料，具有均一的孔径、高度有序的孔 道分布及巨大的比表面积和孔容，在吸附、催化以及生物医药等方面具有广泛的应用前景。 其中，有序介孔碳材料由于其具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，有 利于离子的富集和传输，以及本身具有高活性，易于表面修饰或功能化，使得有序介孔碳材 料迅速发展成为一种新兴的电化学材料。 目前，可以在有序介孔碳材料中掺杂S、B、P、F或N来提高材料的导电性能，同时还 可将含氧功能团引入到材料表面，从而提高碳材料的吸附和氧化还原能力。对于掺杂单一 元素的有序介孔碳材料已有研究，但对于掺杂多种元素的有序介孔碳材料则比较困难，这 是因为多元素掺杂的有序介孔碳往往需要多种物质来提供相应的元素来源，制备过程相对 复杂，制备成本也进一步提高，不利于大规模制备与应用，限制了其应用与发展。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种锂电池用介孔碳材料及其制备方法，以解决现有制备掺 杂多种元素的有序介孔碳材料制备过程复杂的问题。 本发明解决上述技术问题的技术方案如下： 一种锂电池用介孔碳材料的制备方法，包括以下步骤： (1)将蔗糖与氧化石墨烯混合，加水配制成悬浊液； (2)对所述悬浊液进行蒸发，得到包裹有石墨烯的蔗糖结晶体； (3)对蔗糖结晶体进行研磨后与介孔分子筛、2-硫代以内酰脲和焦磷酸二氢二钠 加入有机溶剂中混合并超声分散，然后进行加热聚合，得到聚合物； (4)将聚合物在惰性气体保护下极性高温热解，使聚合物碳化，得到热解产物； (5)将热解产物浸入到刻蚀溶液中将介孔分子筛刻蚀掉后，经清洗干燥后，制得锂 电池用介孔碳材料。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(1)的具体步骤为：将蔗糖和石墨 烯按照质量为(5-10):1在40-60℃下加热搅拌溶解并超声分散0.5-1h。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)的具体步骤为：将悬浊液在60- 80℃下蒸发结晶，制得结晶体。 3 CN 111573651 A 说 明 书 2/5 页 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(3)中的分子介孔筛的制备方法包 括以下步骤： (1)将模板剂P123溶解在水中后，加入稀盐酸溶液，配制成浓度为0.05-0.1g/mL的 模板剂P123酸溶液； 其中，水和稀盐酸的体积比为1：(0.2-0.5)； (2)将硅酸钠溶解到水中配制成浓度为0.3-0.7g/mL硅酸钠溶液； (3)向模板剂P123酸溶液中加入部分硅酸钠溶液，在40-60℃下搅拌反应0.5-1h 后，加入TMB和TEOS混合剂，搅拌反应1-3h后，加入剩余部分硅酸钠溶液，继续搅拌反应4- 6h，制得混合液； 其中，模板剂P123酸溶液与硅酸钠溶液加入的体积比为1：(3-4)；TMB和TEOS混合 剂的加入量为整个反应溶液的1-5wt％；TMB和TEOS加入的质量比为1：(0.5-0.8)； (4)将混合液在80-120℃下放应18-24h后，经干燥后在500-700℃下焙烧3-6h后， 制得分子介孔筛。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(3)的具体步骤为：将经研磨的蔗 糖结晶体、介孔分子筛、2-硫代以内酰脲、焦磷酸二氢二钠按照质量为(0.1-0.3):1：(0..5- 0.8)：(0.7-0.9)在有机溶剂中混合并超声分散2-5h后，并且在常温下搅拌5-8h后，在40-80 ℃下聚合反应10-15h后，得到聚合物。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(4)的具体步骤为：在氮气保护下， 在600-900℃温度下加热2-4h。 进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(5)的具体步骤为：将热解产物在 80-100℃温度下，浓度为1-3mol/L的氢氧化钠溶液中进行搅拌，以刻蚀去除介孔分子筛，经 洗涤后在60-100℃下干燥。 一种锂电池用介孔碳材料，采用上述的锂电池用介孔碳材料的制备方法制得的。 本发明具有以下有益效果： 1、本发明通过先将氧化石墨烯与蔗糖溶解混合制成蔗糖晶体，这时氧化石墨烯能 均匀生长附着在蔗糖晶体表面，随蔗糖晶体更容易有效掺杂进介孔分子筛中，并且蔗糖为 含碳有机物，与氧化石墨烯同样为介孔碳材料提供碳源，并且蔗糖分子在溶解过程中还具 有一定的粘性，可作为促进剂，促进蔗糖结晶体、介孔分子筛、2-硫代以内酰脲和焦磷酸二 氢二钠的融合，得到混合更充分的聚合物，从而最终得到孔径分布更均匀、比表面积大且具 有序通道的介孔碳材料，为大量的锂离子储存和扩散提供通道。 2、本发明的介孔分子筛是通过硅酸钠和P123混合制备，在制备过程中加入TMB和 TEOS混合剂作为扩孔剂，使得制得的介孔分子筛具有规则的三维孔道结构，具有更高的介 孔体积和比表面积，有利于蔗糖结晶体、2-硫代以内酰脲和焦磷酸二氢二钠充分进入到介 孔分子筛中，促使材料形成介孔结构。 3、本发明的介孔碳材料惨杂了S、N和P元素，其中焦磷酸二氢二钠中含氧官能团可 促进介孔材料对S的吸附，并且蔗糖和氧化石墨烯碳化形成的三维网状结构还对S具有束缚 作用，从而提高介孔碳材料的S含量，在其作为锂电池负极材料时，提高其导电性。 4、本发明的锂电池用介孔碳材料，其制备简单、反应条件温和，对设备仪器要求 低，制得的介孔碳材料孔径分布均匀、比表面积大且具有序通道。 4 CN 111573651 A 说 明 书 3/5 页
