[发明专利]一种多孔聚合物-硫复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开一种多孔聚合物‑硫复合材料及其制备方法和用途。所述多孔聚合物由醛、胺单体反应得到，将溶剂溶解的硫灌入多孔聚合物中，得到多孔聚合物‑硫复合材料，其中的硫均匀地分散于聚合物孔道和表面。本发明提供了多孔聚合物‑硫复合材料作为锂‑硫电池正极的应用，多孔聚合物表现出高的硫装载量和强的离子吸附作用，基于多孔聚合物‑硫复合材料正极和对应的电池具有高的放电比容量和优异的循环稳定性。本发明提供的多孔聚合物‑硫复合材料制备方法简单，原料易得，适用于大规模生产，实用化程度高。

技术领域

本发明属于聚合物材料制备和电化学电源领域，具体涉及一种多孔聚合物-硫复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

锂-硫电池为采用硫或含硫化合物正极匹配金属锂负极和电解质得到的一类二次电池，通过硫与锂之间的二电子电化学反应实现电池高的理论比容量。相比于其他金属或金属氧化物正极，以硫或含硫化合物为正极具有丰富的储量、低的成本、环境友好等优点，以此构建的金属锂二次电池具有非常重要的科研价值和广阔的应用前景。

尽管具有上述突出的优点，但目前锂-硫电池还存在多方面的问题。其中，硫作为正极的活性物质面临电导率低、在充放电过程中体积变化大、反应中间产物(多硫化物)易于溶解或穿梭至负极侧发生副反应等难题。这些问题都造成锂-硫电池活性物质失活和电池库伦效率低下，严重缩短电池服役寿命。有效的方法是将硫与导电基体进行复合，使硫以无定形的状态限制在基体腔体中(CN201280077418.1；CN201310655174.7；CN201610374022.3；CN201710755681.6)，从而实现硫在有限的空间中发生可逆的电化学反应，提高了电池循环的稳定性和使用寿命。其中碳材料为基体材料的首要选择，此外结合金属氧化物或者高分子聚合物修饰层进行活性硫的包覆。然而，制备此类复合材料要么需要经过300℃以上高温转化(如碳化)，要么需要复杂的后处理(去模板)，且这些基体材料(如金属氧化物)在锂-硫电池正极中的占比大，增加了材料和电池制造的成本，限制电池能量密度的提升。因此，从短周期元素出发合成轻质的基体，结合低能耗的材料复合方法，将硫限制在基体的空腔中，制备出具有高能量密度和循环稳定的电极材料和锂-硫电池，对于聚合物材料开发和储能领域的发展都有重要意义。

发明内容

本发明提供一种多孔聚合物，所述聚合物具有如式1所示的结构：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄相同或不同，各自独立地选自H、OH、R₅O₃R₆、-PO₄H₂、-ClO₄、中的至少一种，其中R₅选自B、Al、C、Si、Ge、N、P、As、S、Se、Cl、Br、I中的至少一种，R₆选自H、OH、-CN、-CF₃、-CH₃、-OCH₃、-OC₂H₅、中的至少一种；

n、x和y相同或不同，彼此独立地选自1-8的整数。

根据本发明的实施方案，R₁与R₂选自除之外的任一上述基团，R₃与R₄选自除之外的任一上述基团。

根据本发明的实施方案，R₁与R₂彼此独立地选自H、OH、-BO₃H、-SiO₃H、-PO₄H₂、-SO₃H、-ClO₄、-SO₃(CF₃)、中的至少一种；