[发明专利]一种自组装聚酰亚胺多孔材料、制备方法及其在锂硫电池的应用

权利要求书

1.一种自组装聚酰亚胺多孔材料，其特征在于，该自组装聚酰亚胺多孔材料以芳香族二酐和二胺为原料，在单一有机溶剂中利用分子的自组装形成分层的多孔聚酰亚胺颗粒，再经过高温碳化、冲硫过程，得到自组装聚酰亚胺多孔材料；所述的自组装聚酰亚胺多孔材料由聚酰亚胺片层组装而成，每个片层厚度为20-40nm，且片层之间存在50-200nm的孔隙；

冲硫过程后，硫单质存在于自组装聚酰亚胺多孔材料的孔隙之间，并附着在自组装聚酰亚胺多孔材料的片层上。

2.权利要求1所述的自组装聚酰亚胺多孔材料的制备方法，其特征在于以下步骤：

第一步，制备预聚体A

室温下，将二胺溶于溶剂中，配备浓度0.15-0.20mol/L的二胺溶液，剧烈搅拌下分批次加入与溶液中二胺等质量的聚乙烯吡咯烷酮PVB，待其溶解后加入与溶液中二胺等摩尔的二酐；室温下预聚合8-10h，得到黄色的聚酰胺酸溶液；

所述二胺为4,4-二氨基二苯醚；所述二酐为3,3'4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐或1,4,5,8-萘四甲酸酐；

第二步，制备多孔聚酰胺酸颗粒B

将上述聚酰胺酸溶液转移至聚四氟乙烯衬套内，将反应釜至于烘箱中，170-200℃下反应6-10h，冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，得到多孔聚酰胺酸颗粒B；

第三步，制备多孔聚酰亚胺颗粒C并碳化

在惰性气体保护下，将第二步得到的固体多孔聚酰胺酸颗粒B在350℃-400℃下高温煅烧1小时，进行脱水闭环，形成聚酰亚胺颗粒C；

第四步，制备多孔碳球D

在惰性气体保护下，将第三步得到的聚酰亚胺颗粒C在800-1000℃高温煅烧维持1-3h，得到多孔碳球D；

第五步，制备碳硫复合材料

将升华硫完全溶于溶剂B中，再在溶剂B中加入多孔碳球D，室温下搅拌至溶液完全挥发后，在155℃下进行熔融充硫10-12小时后得到碳硫复合材料C/S，即为自组装聚酰亚胺多孔材料。

3.根据权利要求2所述的自组装聚酰亚胺多孔材料的制备方法，其特征在于，第一步中所述的溶剂B为二硫化碳、甲苯。

4.根据权利要求2或3所述的自组装聚酰亚胺多孔材料的制备方法，其特征在于，第一步中所述的溶剂A为1-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺。

5.根据权利要求2或3所述的自组装聚酰亚胺多孔材料的制备方法，其特征在于，第二步、第三步和第四步中所述惰性气体为氮气或者氩气；所述的升温速率为3-5℃/min。

6.根据权利要求4所述的自组装聚酰亚胺多孔材料的制备方法，其特征在于，第二步、第三步和第四步中所述惰性气体为氮气或者氩气；所述的升温速率为3-5℃/min。

7.权利要求1所述的自组装聚酰亚胺多孔材料应用于锂硫电池领域，用于制备锂硫电池正极材料。