[发明专利]聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合正极材料及其制备方法

权利要求书

1.聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料，其特征在于该材料是在硫/多孔碳复合材料颗粒的外表面均匀包覆聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯片层，并在聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料颗粒之间形成石墨烯导电网络；该聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料具备分级核-壳结构，硫/多孔碳复合材料为内核，聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯则均匀包覆在硫/多孔碳复合材料颗粒的外表面成为保护外壳，并且聚乙烯吡咯烷酮同时吸附在石墨烯和硫/多孔碳复合材料中多孔碳的表面，在石墨烯和硫/多孔碳复合材料之间建立固定连结点，使硫/多孔碳复合材料被固定在由石墨烯形成的“半笼”中；硫、多孔碳、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯包覆层的质量比为1:(0.02～20):(0.001～0.5):(0.02～20)；其中，硫/多孔碳复合材料是硫分散在多孔碳材料的表面上及孔隙中形成的，多孔碳由活性炭、石墨烯、炭黑、碳纳米管、模板多孔碳、碳纤维、碳气凝胶、碳化物衍生碳中的一种或其中几种组成；聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯是聚乙烯吡咯烷酮通过长的聚乙烯碳链吸附在石墨烯表面形成的石墨烯衍生材料。

2.根据权利要求1所述的聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料，其特征在于聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料中硫、多孔碳、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯包覆层的质量比为1:(0.05～2):(0.002～0.2):(0.05～2)。

3.根据权利要求1或2所述的聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料，其特征在于聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料中硫、多孔碳、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯包覆层的质量比为1:(0.1～1):(0.005～0.1):(0.1～1)。

4.制备如权利要求1所述的聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、制备聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料，所述聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料由石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和水组成，聚乙烯吡咯烷酮吸附在石墨烯片层的表面，该石墨烯片层在浆料中均匀地分散；其中，聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯的质量比为(0.00005～25):1，该聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料的含水量为90％～99.99％；

二、制备硫/多孔碳复合材料，其中多孔碳材料由活性炭、石墨烯、炭黑、碳纳米管、模板多孔碳、碳纤维、碳气凝胶、碳化物衍生碳中的一种或其中几种组成，硫/多孔碳复合材料中硫与多孔碳的质量比为1:(0.02～20)；

三、将步骤二制备的硫/多孔碳复合材料加入到步骤一制备的聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料中混合分散均匀，去除水分干燥后，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合材料，其中聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料中石墨烯与硫/多孔碳复合材料中硫的质量比为(0.02～20):1，聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料中聚乙烯吡咯烷酮与硫/多孔碳复合材料中硫的质量比为(0.001～0.5):1；

其中步骤一中的聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料的具体制备方法如下：

(1)称取石墨与还原剂；其中石墨与还原剂的质量比为1:(0.1～1000)；还原剂为抗坏血酸、KOH、NaOH、LiOH和氨水中的一种或其中几种的组合；

(2)将步骤(1)称取的石墨氧化成为氧化石墨；

(3)按氧化石墨的浓度为0.01mg mL^-1～50mg mL^-1，将步骤(2)得到的氧化石墨加入水中，在频率为20～100KHz的超声条件下剥离、分散0.5～10h，得到氧化石墨烯水分散液；

(4)在温度为4℃～100℃的条件下，向步骤(3)得到的氧化石墨烯水分散液中加入还原剂，在频率为20～100KHz的超声条件下还原0.2h～24h，得到石墨烯水分散液；

(5)将步骤(4)得到的石墨烯水分散液进行真空抽滤，或者减压旋转蒸发，或者旋转离心处理，形成粘稠的浆料，然后再对其进行渗析或真空抽滤水洗，得到石墨烯浆；

(6)将质量百分含量为1％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液加入到步骤(5)得到的石墨烯浆中，充分搅拌混合均匀，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料，其中聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯的质量比为(0.00005～25):1，该聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯浆料的含水量为90％～99.99％。