[發(fā)明專利]一種超高硫含量二維分子刷及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110216106.5
• 申請(qǐng)日: 2021-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN113036087B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳丁財(cái);吳金倫;劉紹鴻;崔印
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/139
• 分類號(hào): H01M4/139;H01M4/13;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

1.一種超高硫含量二維分子刷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將石墨烯改性接上溴基，得到含有溴官能團(tuán)的石墨烯；

（2）將步驟（1）中制得的含溴官能團(tuán)的石墨烯與高分子單體、配體、溶劑混合均勻，通入惰性氣體除氧，再加入催化劑，通入氮?dú)饣蚨栊詺怏w除氧，然后再加熱反應(yīng)，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到二維分子刷；

（3）將步驟（2）中制得的二維分子刷與硫粉混合均勻，在惰性氣體氛圍下熱處理，得到超高硫含量二維分子刷；

步驟（2）中所述的單體為苯乙烯，丙烯酸，丙烯酸叔丁酯，丙烯腈，丙烯酰胺中的一種或幾種；所述的配體為N,N,N’,N’,N’’-五甲基二乙烯三胺；

步驟（3）中所述的二維分子刷與硫粉的質(zhì)量比為1:（5~35）；

步驟（3）中所述的熱處理溫度為200~400℃，熱處理時(shí)間為4~12 h；

步驟（2）中含溴官能團(tuán)的石墨烯與高分子單體、溶劑、配體、催化劑的質(zhì)量比為1：（50~200）：（20~200）：（0.2~1）：（0.2~1）；

步驟（1）所述的將石墨烯改性接上溴基的步驟為：在350 mg氧化石墨烯的水分散液中，加入0.5-2.0 mL的水合肼加熱還原一段時(shí)間；然后再向混合液中加入1-3 g 2-（4氨基苯基）乙醇和0.5-2.0 mL亞硝酸異戊酯加熱反應(yīng)8-20h，抽濾，洗滌并干燥后得到改性羥基的石墨烯；將0.3-0.6 g含有羥基改性的石墨烯分散到10-20 mL四氫呋喃中，在冰水浴及惰性氣體的保護(hù)下，加入0.5-2 mL的三乙醇胺，之后緩慢滴加0.2-0.5 g 2-溴-異丁酰溴，常溫?cái)嚢璺磻?yīng)一段時(shí)間，后處理得到含溴官能團(tuán)的石墨烯。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述的溶劑包括N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，四氫呋喃中的一種或幾種；所述的催化劑為溴化銅、溴化亞銅、氯化銅、氯化亞銅中的一種或兩種；步驟（2）（3）所述的惰性氣體包括氦氣、氬氣中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述的反應(yīng)溫度為60~100℃，反應(yīng)時(shí)間為12-72 h。

4.權(quán)利要求1~3任意一項(xiàng)所述方法制備得到的超高硫含量二維分子刷。

5.權(quán)利要求4所述超高硫含量二維分子刷在制備硫電極片中的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：

將所述超高硫含量二維分子刷與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合于研缽中，采用N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液為分散劑，充分研磨使混料均勻，然后將所得涂層漿料涂覆于碳布表面制成硫電極片。

6.權(quán)利要求5所述硫電極片作為正極在鋰硫電池中的應(yīng)用，其特征在于，

以所述硫電極片為正極、商業(yè)化的Celgard 2325為電池隔膜、金屬鋰片為負(fù)極、電解液為1.0 M的二（三氯甲基磺酰）亞胺鋰溶解于體積比為1:1的1,3二氧戊烷、四甘醇二甲醚所配的混合液，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt%的無水LiNO₃，在無水厭氧手套箱中按照相應(yīng)順序組裝CR2032型紐扣電池。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑，碳納米管，石墨烯中的一種或兩種以上；粘結(jié)劑為PVDF，SBR和CMC中的一種或兩種以上；所述超高硫含量二維分子刷與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為（6~8）：（3~1）：1。