【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及室温钠硫电池，具体涉及氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料、改性隔膜及它们的制备方法和应用。
技术介绍
1、目前最成功的商业锂离子电池的能量密度高达200wh kg-1，但已无法满足快速增长的储能需求。室温钠硫电池因其比锂离子电池具有更高的理论能量密度(1673wh kg-1)得到了广泛的研究，被认为是潜在最有希望的替代电池系统。但是在实现其实际应用之前仍有诸多问题需要克服。例如，多硫化物溶解和穿梭效应等。为了解决这一问题，科研工作者做出了巨大的努力来抑制穿梭效应。
2、cn111540868a公开了一种二维二氧化锰修饰聚丙烯隔膜的制备方法和应用，其中以氧化石墨烯纳米片为模板制备二氧化锰纳米片，采用真空抽滤的方法制备改性隔膜，阻硫效果显著提高。然而，该材料制备方法复杂、成本高且具有危险性，针对mno2纳米片改性商业隔膜(celgard 2500)对于循环寿命的提升也很有限。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，基于本专利技术制得的复合材料来制备改性隔膜，将该改性隔膜应用于室温钠硫电池中，能够有效改善室温钠硫电池活性材料的利用率和电化学性能。
2、本专利技术为达到其目的，提供如下技术方案：
3、本专利技术一方面提供一种氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、1)将原料活性炭在惰性气氛下升温至第一温度进行退火处理，所述第一温度为100-800
5、2)将步骤1)得到的氮掺杂活性炭与氢氧化钠按照1:0.5-1:2(例如1:0.5、1:1、1:1.5、1:2等)的质量比混合，在惰性气氛下于第二温度进行热处理；然后加入盐酸以消耗残余的氢氧化钠；所述第二温度为100-850℃；
6、3)将步骤2)处理后的氮掺杂活性炭与氧化石墨烯按照9:0.5-9:1(例如9:0.5、9:0.6、9:0.7、9:0.8、9:0.9、9:1等)的质量比混合，得到所述复合材料。
7、采用本专利技术的上述制备方法来制备氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料，将原料活性炭进行退火处理，然后用氢氧化钠进行热处理，并用盐酸去除残余氢氧化钠，之后再与氧化石墨烯按照特定比例组合，得到的复合材料特别适用于改性室温钠硫电池的隔膜材料，基于本专利技术的复合材料改性得到的隔膜材料，具有丰富的孔结构和氮掺杂提供的活性位点，基于上述复合材料制备的改性隔膜材料在室温钠硫电池中应用，能有效吸附可溶性多硫化物，可以有效抑制穿梭效应，利于提升室温钠硫电池活性材料的利用率和电化学性能，能提升倍率性能和循环性能，例如在0.1c循环100周后依然能保持较高的容量水平。
8、本专利技术中，将步骤1)、2)处理后的氮掺杂活性炭与氧化石墨烯按照9:0.5-9:1的质量比混合来获得复合材料，该配比的复合材料在后续用于改性隔膜基材时，能获得性能较佳的改性隔膜，且在通过后续的过滤(例如抽滤)方式制备改性隔膜时，不容易造成一些粒径较小的氮掺杂活性炭穿过隔膜基材。更佳地，所述氮掺杂活性炭与氧化石墨烯的质量比为9:0.7-9:1，采用优选质量比得到的复合材料，将其用于改造隔膜基材，利于进一步改善基于改造的隔膜材料的室温钠硫电池的电化学性能。
9、较佳实施方式中，步骤1)中，退火处理后的所述氮掺杂活性炭中的氮元素掺杂量以原子百分比计为2-5％，例如2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％等。本专利技术人发现，将复合材料中的氮掺杂活性炭的氮元素掺杂量控制为2-5％，利于获得应用性能较佳的改性隔膜，能进一步改善室温钠硫电池的电化学性能，获得更佳的倍率性能和循环性能。优选地，所述氮掺杂活性炭中的氮元素掺杂量为2.5-5％，更优选为2.5-3.5％，步骤2)中采用优选氮掺杂量的活性炭用于制备本专利技术的复合材料，将其用于改造隔膜基材，利于进一步改善基于改造的隔膜材料的室温钠硫电池的电化学性能。
10、进一步地，步骤1)中，所述原料活性炭为氮掺杂活性炭，或者所述原料活性炭为携带有氮元素且经过所述退火处理能形成氮掺杂的活性炭；即，可以直接采用氮掺杂活性炭作为原料活性炭，也可以采用携带有氮元素并能经过步骤1)的退火处理形成氮掺杂的活性炭作为原料活性炭。
11、较佳地，步骤1)中，所述原料活性炭为废弃活性炭。本专利技术可以直接采用废弃活性炭，例如可以直接采用本身已经形成了氮掺杂的废弃活性炭，或者采用携带有氮元素并能通过步骤1)的退火处理形成氮掺杂的活性炭，其中氮元素例如来源于废弃活性炭中携带的三聚氰胺、含氮元素的盐等。较佳地，最终用于步骤2)中的活性炭优选具有2-5％(原子百分比)的氮元素掺杂量。即，较佳地，步骤1)中的原料活性炭可以选择经过步骤1)的退火处理能获得氮元素掺杂量满足2-5％要求的氮掺杂活性炭的这类原料活性炭，本领域技术人员可以根据该要求进行活性炭原料的具体选择。
12、进一步地，步骤1)中，所述原料活性炭若无法通过步骤1)处理得到氮掺杂活性炭时，向步骤(1)中添加氮掺杂剂，以使所述原料活性炭经所述步骤1)处理后能获得所述氮掺杂活性炭；优选地，所述氮掺杂剂的用量以能通过步骤1)获得氮元素掺杂量达到2-5％的氮掺杂活性炭为准。即，步骤1)中的原料活性炭也可以是没有携带氮元素的活性炭，或者所携带的氮元素无法使得所述原料活性炭通过步骤1)获得氮掺杂活性或无法获得满足氮元素掺杂量需求的原料活性炭，这类活性炭可以为废弃活性炭；这种情况下，可以通过在步骤1)中添加氮掺杂剂来获得所需的氮掺杂活性炭。所述氮掺杂剂可以为本领域常用的用于进行氮掺杂的相应试剂，对此没有特别限制，例如为三聚氰胺、尿素、三氯乙胺等。
13、本专利技术中，首先将废弃活性炭在第一温度下进行退火处理，第一温度为100-800℃。较佳实施方式中，步骤1)中，所述第一温度为600-800℃(例如600℃、650℃、700℃、750℃、800℃等)，采用优选地处理温度进行退火处理，然后再用氢氧化钠进行热处理等，这样处理得到的氮掺杂活性炭与氧化石墨烯组合形成的复合材料，用于改性隔膜基材，可以更进一步地提升其在室温钠硫电池中的应用性能，利于进一步改善室温钠硫电池的电化学性能。
14、本专利技术中，将活性炭进行步骤1)的退火处理后，再在步骤2)中与氢氧化钠按照1:0.5-1:2(更优选1:1-1:2)的质量比混合在100-850℃进行热处理。通过上述步骤1)、2)处理活性炭，不仅可以去除其中的杂质，而且还可以使活性炭得到进一步的造孔，处理后的氮掺杂活性炭具有较高的比表面积，并具有丰富的孔结构。较佳实施方式中，步骤2)中，所述第二温度为600-800℃(例如600℃、650℃、700℃、750℃、800℃等)。
15、较佳实施方式中，步骤1)中，在所述第一温度的保持时间为1-8小时，例如1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时等。
16、较佳实施方式中，步骤2)中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述原料活性炭为氮掺杂活性炭，或者所述原料活性炭为携带有氮元素且经过所述退火处理能形成氮掺杂的活性炭；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一温度为600-800℃；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述盐酸以HCl计其用量与所述氢氧化钠的用量的摩尔比为0.5-1：1。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料。
7.一种用于室温钠硫电池的改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜包括隔膜基材，所述隔膜基材上负载有权利要求6所述的氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的改性隔膜，其特征在于，所述隔膜基材为玻璃纤维隔膜；
9.权利要求7或8所述的改性隔膜的制备方法，其特征在于
10.权利要求7-8任一项所述的改性隔膜或权利要求9所述的制备方法制得的改性隔膜在室温钠硫电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂活性炭/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述原料活性炭为氮掺杂活性炭，或者所述原料活性炭为携带有氮元素且经过所述退火处理能形成氮掺杂的活性炭；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一温度为600-800℃；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述盐酸以hcl计其用量与所述氢氧化钠的用量的摩尔比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：董春伟，李学振，孔俊丽，苏志江，梁文斌，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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