[发明专利]一种碳硫复合电极及制备和应用

权利要求书

1.一种硫/氮化碳-碳复合电极，由有机高分子树脂、导电剂与硫/氮化碳-碳复合物组成，或，由有机高分子树脂与硫/氮化碳-碳复合物组成；

有机高分子树脂的质量占电极总质量的2wt％～20wt％；导电剂占电极总质量的0wt％～20wt％；余量为硫/氮化碳-碳复合物；

硫/氮化碳-碳复合物中硫含量为50wt％～80wt％，氮化碳与碳质量比为3:1-99:1。

2.根据权利要求1所述硫/氮化碳-碳复合电极，其特征在于：优选组成，有机高分子树脂的质量占电极总质量的5wt％～10wt％；导电剂占电极总质量的5～10wt％；余量为硫/氮化碳-碳复合物；

硫/氮化碳-碳复合物中硫含量为60wt％～70wt％。

3.根据权利要求1或2所述硫/氮化碳-碳复合电极，其特征在于：

所述有机高分子树脂为聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)，聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)中的一种或二种以上；

所述导电剂为商业化碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、BP2000、KB600、KB300、XC-72、Super-P、乙炔黑、活性炭中的一种或二种以上。

4.根据权利要求1或2所述硫/氮化碳-碳复合电极，其特征在于：所述硫/氮化碳-碳复合物为碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、BP2000、KB600、KB300、XC-72、Super-P、乙炔黑、活性炭或其相关修饰或活化的碳材料中的一种或二种以上，与氮化碳材料的前驱体三聚硫氰酸、氨氰、氨基胍、三聚氰胺、密白胺、密勒胺或其相关衍生物中的一种或两种以上，研磨混匀使氮化碳材料的前驱体吸附在碳材料表面和孔结构内，然后在氮气或/和氩气气氛中400～600摄氏度下热处理1～6小时得到氮化碳-碳复合物；通过熔融法充硫后得到硫/氮化碳-碳复合物，硫分布于复合材料表面和孔隙内，硫/氮化碳-碳复合物中硫含量为50wt％～80wt％，氮化碳与碳质量比为3:1-99:1，优选5:1-10:1。

5.根据权利要求1或4所述硫/氮化碳-碳复合物，其特征在于：碳材料被氮化碳颗粒包覆，碳材料形成连续的导电网络，热处理后氮化碳材料分布于碳材料表面及孔结构内，硫分布于氮化碳颗粒的表面和孔隙结构内。

6.一种权利要求1-5任一所述硫/氮化碳-碳复合电极的制备方法，其特征在于：

将有机高分子树脂、导电剂与硫/氮化碳-碳复合物于有机溶剂中混合，刮涂在集流体上，干燥后得到硫/氮化碳-碳复合电极。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述碳硫复合电极可按如下过程制备而成，

(1)将有机高分子树脂有机溶剂中，在温度为20～100℃下搅拌0.5～2h，形成相应的高分子溶液；

再于上述溶液中加入导电剂和硫/氮化碳-碳复合物在温度为20～50℃下充分搅拌2～10h，而终制成共混溶液；其中固含量为5～30wt％之间；

(2)将步骤(1)制备的共混溶液倾倒在集流体上，刮涂后形成一整体；

(3)将步骤(2)制备的电极干燥，其中干燥时间为2～48h，得到成品硫/氮化碳-碳复合电极；

所述有机溶剂为DMSO、DMAC、NMP、DMF中的一种或二种以上。

8.一种权利要求1-7任一所述硫/氮化碳-碳复合电极的应用，其特征在于：所述硫/氮化碳-碳复合电极可用于锂硫二次电池和锂硫一次电池中。