[发明专利]一种超高硫含量二维分子刷及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种超高硫含量二维分子刷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将石墨烯改性接上溴基，得到含有溴官能团的石墨烯；

（2）将步骤（1）中制得的含溴官能团的石墨烯与高分子单体、配体、溶剂混合均匀，通入惰性气体除氧，再加入催化剂，通入氮气或惰性气体除氧，然后再加热反应，经过滤、洗涤、干燥得到二维分子刷；

（3）将步骤（2）中制得的二维分子刷与硫粉混合均匀，在惰性气体氛围下热处理，得到超高硫含量二维分子刷；

步骤（2）中所述的单体为苯乙烯，丙烯酸，丙烯酸叔丁酯，丙烯腈，丙烯酰胺中的一种或几种；所述的配体为N,N,N’,N’,N’’-五甲基二乙烯三胺；

步骤（3）中所述的二维分子刷与硫粉的质量比为1:（5~35）；

步骤（3）中所述的热处理温度为200~400℃，热处理时间为4~12 h；

步骤（2）中含溴官能团的石墨烯与高分子单体、溶剂、配体、催化剂的质量比为1：（50~200）：（20~200）：（0.2~1）：（0.2~1）；

步骤（1）所述的将石墨烯改性接上溴基的步骤为：在350 mg氧化石墨烯的水分散液中，加入0.5-2.0 mL的水合肼加热还原一段时间；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亚硝酸异戊酯加热反应8-20h，抽滤，洗涤并干燥后得到改性羟基的石墨烯；将0.3-0.6 g含有羟基改性的石墨烯分散到10-20 mL四氢呋喃中，在冰水浴及惰性气体的保护下，加入0.5-2 mL的三乙醇胺，之后缓慢滴加0.2-0.5 g 2-溴-异丁酰溴，常温搅拌反应一段时间，后处理得到含溴官能团的石墨烯。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃中的一种或几种；所述的催化剂为溴化铜、溴化亚铜、氯化铜、氯化亚铜中的一种或两种；步骤（2）（3）所述的惰性气体包括氦气、氩气中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的反应温度为60~100℃，反应时间为12-72 h。

4.权利要求1~3任意一项所述方法制备得到的超高硫含量二维分子刷。

5.权利要求4所述超高硫含量二维分子刷在制备硫电极片中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

将所述超高硫含量二维分子刷与导电剂和粘结剂混合于研钵中，采用N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液为分散剂，充分研磨使混料均匀，然后将所得涂层浆料涂覆于碳布表面制成硫电极片。

6.权利要求5所述硫电极片作为正极在锂硫电池中的应用，其特征在于，

以所述硫电极片为正极、商业化的Celgard 2325为电池隔膜、金属锂片为负极、电解液为1.0 M的二（三氯甲基磺酰）亚胺锂溶解于体积比为1:1的1,3二氧戊烷、四甘醇二甲醚所配的混合液，添加质量分数为1wt%的无水LiNO₃，在无水厌氧手套箱中按照相应顺序组装CR2032型纽扣电池。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的导电剂为导电炭黑，碳纳米管，石墨烯中的一种或两种以上；粘结剂为PVDF，SBR和CMC中的一种或两种以上；所述超高硫含量二维分子刷与导电剂和粘结剂的质量比为（6~8）：（3~1）：1。