[发明专利]一种电池用导电催化复合材料夹层、其制备方法和应用

权利要求书

1.一种锂硫电池用导电催化复合材料夹层的制备方法，其特征在于，该复合材料夹层为Co₉S₈@碳纳米纤维膜夹层，且Co₉S₈颗粒以簇状结构包覆在所述碳纳米纤维膜表面，其制备方法包括如下步骤：

（1）将碳纳米纤维膜浸泡于钴盐溶液与金属有机框架配体溶液的混合液中，使钴盐和金属有机框架配体发生反应，反应形成的Co-MOF包覆于碳纳米纤维膜表面，得到Co-MOF@碳纳米纤维膜；所述钴盐为硝酸钴、醋酸钴和氯化钴中的一种或多种；所述金属有机框架配体为2-甲基咪唑；所述碳纳米纤维膜为将聚合物溶液采用静电纺丝工艺纺制成聚合物纤维膜，然后将所述聚合物纤维膜在保护气氛下经低温预碳化和高温碳化得到；所述聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛或聚丙烯腈；所述钴盐溶液中钴盐的质量分数为1.5%～10%；所述金属有机框架配体溶液中金属有机框架配体的质量分数为3%～20%；反应温度为15^oC～50^oC，时间为0.5 h～24 h；

（2）将步骤（1）得到的Co-MOF@碳纳米纤维膜浸泡于含硫化合物溶液中，通过水热反应使Co-MOF@碳纳米纤维膜表面的Co-MOF材料转化为Co₉S₈，得到所述Co₉S₈@碳纳米纤维膜夹层；所述水热反应的温度为100^oC～160^oC；水热反应时间为3 h～24 h。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液中采用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇和二甲基亚砜中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝工艺的操作电压为10 kV～30 kV，进料速率为0.5 mL/h～5 mL/h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温预碳化的处理温度为200^oC～400^oC，处理时间为0.5 h～2 h；所述高温碳化的处理温度为600^oC～800^oC，处理时间为1 h～4 h。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述含硫化合物为硫代乙酰胺、硫脲或硫代硫酸钠，含硫化合物的质量分数为1%～10%；所述含硫化合物溶液中的溶剂为水，或水和乙醇的混合溶剂。

6.如权利要求1至5任一项所述的制备方法制备得到的锂硫电池用导电催化复合材料夹层，其特征在于，该复合材料夹层为Co₉S₈@碳纳米纤维膜夹层材料，其包括由碳纳米纤维堆积而成的碳纳米纤维膜，还包括以簇状结构包覆在所述碳纳米纤维膜表面的Co₉S₈颗粒；其中，所述Co₉S₈@碳纳米纤维膜的厚度为5 μm～100 μm；所述夹层材料中Co₉S₈的质量分数为75%～90%。

7.如权利要求6所述的复合材料夹层的应用，其特征在于，用作二次电池的夹层材料，所述二次电池为锂硫电池。

8.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求6所述的复合材料夹层。