[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

摘要

本发明涉及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。该复合材料具有核-核-壳三层结构，中心核(内核)是纳米碳颗粒，其上直接沉积单质硫或含-Sm-结构的多硫化物(m＞2)，或者利用碳材料的类稠环芳烃的反应能力，依靠不可逆的化学反应，将官能团引入到碳粒上，进而引入聚合链，聚合链在碳粒表面伸展、弯曲、交联，从而形成交联网络结构，再将单质硫或含-Sm-结构的多硫化物(m＞2)复合到网络结构中形成具有网络结构的纳米硫层，得到具有网络结构的单核壳纳米复合材料，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)，最外层是外壳物层，以提高材料的电子和/或离子导电性，并进一步抑制放电产物的溶解流失，提高材料结构稳定性。该材料适用于锂硫电池正极，对于改善锂硫电池循环稳定性有突出的作用。

主权项

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‑Sm‑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‑Sm‑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‑、‑Sn‑、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。