[发明专利]一种具有网络双核壳结构的碳-硫-外壳物复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有网络双核壳结构的碳-硫-外壳物复合材料及其制备方法，其特征是该复合材料具有核-核-壳三层结构：中心核是内核为纳米碳颗粒，其上直接沉积单质硫或含-S_m-结构的多硫化物，m＞2，或者利用碳材料的类稠环芳烃不可逆的化学反应，将官能团引入到碳粒上，进而引入聚合链交联网络结构，再将单质硫或含-S_m-结构的多硫化物复合到网络结构中形成具有网络结构的纳米硫层，m＞2，作为网络双核壳结构的碳-硫-聚合物复合材料的第二层外核；第三层是外壳物层；具体制备方法包括以下四个步骤：

1)碳粒的官能团化：碳粒通过化学反应生成官能团化的纳米碳，碳粒上的官能团为X、R、CN、-SCN、-NCO、-OH、-COOH、-COOR、-COR、-COX、-CONHR、-CONR2、-NO₂、-SO₃H、-OR、-SH、-SS-、-S_n-、SR、-SSR、-NH₂、-NHR、-NR₂或-N+R3，其中X＝F、Cl、Br、I，R＝烷基、烯烃基或芳香基，n＝1～9；碳粒上的官能团也包括碳材料在制备过程中生成的官能团；

2)官能团化的碳与聚合物的化学键合，得到具有网络结构的纳米碳：官能团化的纳米碳利用其官能团通过化学反应键合高分子聚合链形成，聚合链的伸展、弯曲、交联构成了碳粒表面的网络结构，形成具有网络结构的纳米碳；

3)具有网络结构的纳米碳与单质硫或含-Sm-结构的多硫化物的复合，m＞2，得到具有网络结构的单核壳纳米碳-硫复合材料：复合方法采用溶液复合法、原位反应复合法、超声复合法、凝胶沉淀复合法、熔融复合法、真空热复合法、机械复合法、喷雾干燥法中的一种以上方法；

4)具有网络结构的单核壳纳米碳-硫复合材料上包覆外壳物，当所包覆的外壳物为有机聚合物时，它与第二层中形成网络的聚合物相同或不同。

2.根据权利要求1所述的复合材料及其制备方法，其特征是单质硫为单质硫、升华硫、结晶硫、胶体硫、无晶态硫、微晶硫、其它形态的单质硫或含-S_m-结构的多硫化物；多硫化物为有机多硫化物或无机多硫化物，m＞2。

3.根据权利要求1所述的复合材料及其制备方法，其特征是中心核碳粒为碳黑、碳气凝胶、活性炭、石墨、纳米碳粒、纳米碳纤维、纳米碳管和石墨烯、有序介孔碳、具有分级孔结构的碳及其它分散的碳粒或它们的混合物；颗粒的大小为0.1～10000纳米，碳颗粒的比表面积为1～5000m²/g，碳颗粒的导电性为0.01～1000S/cm；碳颗粒的孔容为0.01～5cm³/g。

4.根据权利要求1所述的复合材料及其制备方法，其特征是网络双核壳复合材料具有三层结构，第二层中形成网络结构的聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚3，4-乙撑二氧噻吩、聚乙炔和PEG或PEO；聚合链为丙烯酸聚合物或季胺阳离子型甲基丙烯酸酯类聚合物；聚合链为连接有硝基、磺酸基或巯基官能团的聚合物，聚合链的分子量为1000～10000000。

5.根据权利要求1所述的复合材料及其制备方法，其特征是网络双核壳复合材料具有三层结构，第三层的外壳物包覆层为有机聚合物、过渡金属与非金属、有机金属化合物与无机氧化物、硫化物或各种无机盐；有机聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚3，4-乙撑二氧噻吩、聚乙炔、PEG或PEO；过渡金属为各种过渡金属镀层；非金属为石墨烯等。

6.根据权利要求1所述的复合材料及其制备方法，其特征是纳米碳上聚合物的引入通过与纳米碳上的官能团反应引入或通过聚合物及聚合物单体在碳粒表面的的沉积、包覆或反应引入；聚合物的量为0.01～20％。

7.根据权利要求1所述的复合材料及其制备方法，其特征是官能团化的纳米碳上的官能团还可以通过化学反应进行转化，如-OH转化为-X或-X转化为-S-S-，X为卤素。