[发明专利]一种高比容量长循环寿命的接枝碳纳米管硫复合正极材料

摘要

一种应用于锂硫电池的高比容量长循环寿命的接枝纳米碳纤维/硫复合材料，该碳硫复合正极材料利用具有陶瓷内胆的真空密闭钢罐容器中进行熔融复合得到，反应温度为110～350℃，反应时间为2～60h，硫含量为40％～90％。该复合正极材料的首次放电比容量为1029mAh/g，放电曲线上呈现了2个明显的放电平台，第5次循环后放电比容量保持在1098mAh/g，40次循环后放电比容量保持在1049mAh/g，显示出了良好的循环稳定性。

主权项

一种高比容量长循环寿命接枝碳纳米管硫复合正极材料，其特征是该材料由具有导电网络结构的接枝碳纳米管和单质硫熔融复合组成；其中接枝碳纳米管由碳纳米管和接枝化合物以化学键组成，其中接枝化合物为小分子有机化合物、寡聚合物或聚合物：聚乙二醇HO‑(CH2CH2O)n‑OH，n＝1～100；甲氧基聚甘醇HO‑(CH2CH2O)n‑CH3，n＝1～70；聚乙烯醇HO‑(CH2CH2OH)n‑OH，n＝1～10；对甲基苯酚、环氧氯丙烷、环氧丙烷、乙二胺、烷基乙二胺、二苯胺、丙烯腈或苯乙烯，碳纳米管的外径10～100nm，长度2～15μm；接枝碳纳米管硫复合正极材料的制备方法步骤如下：(1)合成良好导电性能的网络结构的接枝碳纳米管；(2)将所制备的网络结构的接枝碳纳米管和单质硫按化学计量比混合，放入具有陶瓷内胆的高压钢罐中，加热使硫熔融，复合得到交联网络结构的接枝碳纳米管/硫复合正极材料。在步骤(1)中，所述合成网络结构的接枝碳纳米管所用的接枝化合物，为聚乙二醇HO‑(CH2CH2O)n‑OH，n＝1‑100；甲氧基聚甘醇HO‑(CH2CH2O)n‑CH3，n＝1‑70；聚乙烯醇HO‑(CH2CH2OH)n‑OH，n＝1‑10；对甲基苯酚、环氧氯丙烷、环氧丙烷、乙二胺、烷基乙二胺、丙烯腈、苯乙烯；在步骤(2)中，将所制备的交联网络结构的接枝碳纳米管和单质硫按照质量比为1∶1～8，高速机械搅拌或者高能球磨均匀混合，然后将混合物放入不锈钢高压罐内的瓷坩埚中，抽真空到1mmHg以下关闭截止阀，然后在马福炉中程序加热复合，其升温程序为：从室温3℃/min升到100℃，在100℃保持3h后，再以2℃/min速率继续升温到110～300℃并保持2h～60h，然后自然冷却至室温，得到接枝碳纳米管/硫复合正极材料，硫的质量百分含量为40％～85％。