[發明專利]一種具有網絡雙核殼結構的碳-硫-外殼物復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210185990.1
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN103474633A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王安邦;王維坤;苑克國;余仲寶;邱景義;楊裕生
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63971部隊
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/04;H01M10/39;B82Y30/00
• 代理公司: 中國人民解放軍防化研究院專利服務中心 11046
• 代理人: 劉永盛;林英

1.一種具有網絡雙核殼結構的碳-硫-外殼物復合材料及其制備方法，其特征是該復合材料具有核-核-殼三層結構：中心核是內核為納米碳顆粒，其上直接沉積單質硫或含-S_m-結構的多硫化物，m＞2，或者利用碳材料的類稠環芳烴不可逆的化學反應，將官能團引入到碳粒上，進而引入聚合鏈交聯網絡結構，再將單質硫或含-S_m-結構的多硫化物復合到網絡結構中形成具有網絡結構的納米硫層，m＞2，作為網絡雙核殼結構的碳-硫-聚合物復合材料的第二層外核；第三層是外殼物層；具體制備方法包括以下四個步驟：

1)碳粒的官能團化：碳粒通過化學反應生成官能團化的納米碳，碳粒上的官能團為X、R、CN、-SCN、-NCO、-OH、-COOH、-COOR、-COR、-COX、-CONHR、-CONR2、-NO₂、-SO₃H、-OR、-SH、-SS-、-S_n-、SR、-SSR、-NH₂、-NHR、-NR₂或-N+R3，其中X＝F、Cl、Br、I，R＝烷基、烯烴基或芳香基，n＝1～9；碳粒上的官能團也包括碳材料在制備過程中生成的官能團；

2)官能團化的碳與聚合物的化學鍵合，得到具有網絡結構的納米碳：官能團化的納米碳利用其官能團通過化學反應鍵合高分子聚合鏈形成，聚合鏈的伸展、彎曲、交聯構成了碳粒表面的網絡結構，形成具有網絡結構的納米碳；

3)具有網絡結構的納米碳與單質硫或含-Sm-結構的多硫化物的復合，m＞2，得到具有網絡結構的單核殼納米碳-硫復合材料：復合方法采用溶液復合法、原位反應復合法、超聲復合法、凝膠沉淀復合法、熔融復合法、真空熱復合法、機械復合法、噴霧干燥法中的一種以上方法；

4)具有網絡結構的單核殼納米碳-硫復合材料上包覆外殼物，當所包覆的外殼物為有機聚合物時，它與第二層中形成網絡的聚合物相同或不同。

2.根據權利要求1所述的復合材料及其制備方法，其特征是單質硫為單質硫、升華硫、結晶硫、膠體硫、無晶態硫、微晶硫、其它形態的單質硫或含-S_m-結構的多硫化物；多硫化物為有機多硫化物或無機多硫化物，m＞2。

3.根據權利要求1所述的復合材料及其制備方法，其特征是中心核碳粒為碳黑、碳氣凝膠、活性炭、石墨、納米碳粒、納米碳纖維、納米碳管和石墨烯、有序介孔碳、具有分級孔結構的碳及其它分散的碳?；蛩鼈兊幕旌衔?；顆粒的大小為0.1～10000納米，碳顆粒的比表面積為1～5000m²/g，碳顆粒的導電性為0.01～1000S/cm；碳顆粒的孔容為0.01～5cm³/g。

4.根據權利要求1所述的復合材料及其制備方法，其特征是網絡雙核殼復合材料具有三層結構，第二層中形成網絡結構的聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚3，4-乙撐二氧噻吩、聚乙炔和PEG或PEO；聚合鏈為丙烯酸聚合物或季胺陽離子型甲基丙烯酸酯類聚合物；聚合鏈為連接有硝基、磺酸基或巰基官能團的聚合物，聚合鏈的分子量為1000～10000000。

5.根據權利要求1所述的復合材料及其制備方法，其特征是網絡雙核殼復合材料具有三層結構，第三層的外殼物包覆層為有機聚合物、過渡金屬與非金屬、有機金屬化合物與無機氧化物、硫化物或各種無機鹽；有機聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚3，4-乙撐二氧噻吩、聚乙炔、PEG或PEO；過渡金屬為各種過渡金屬鍍層；非金屬為石墨烯等。

6.根據權利要求1所述的復合材料及其制備方法，其特征是納米碳上聚合物的引入通過與納米碳上的官能團反應引入或通過聚合物及聚合物單體在碳粒表面的的沉積、包覆或反應引入；聚合物的量為0.01～20％。

7.根據權利要求1所述的復合材料及其制備方法，其特征是官能團化的納米碳上的官能團還可以通過化學反應進行轉化，如-OH轉化為-X或-X轉化為-S-S-，X為鹵素。