本發(fā)明涉及電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料。本發(fā)明還涉及所述材料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通訊、便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和儲能設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對電池的性能，特別是比容量、能量密度、循環(huán)壽命和倍率性能等，提出了越來越高的要求。因此，開發(fā)具有高性能、低成本和環(huán)境友好的新型鋰離子二次電池具有非常重要的戰(zhàn)略意義。正極材料的性能和價(jià)格等是制約鋰離子電池進(jìn)一步向高能量密度、長壽命和低成本發(fā)展的瓶頸。例如現(xiàn)有的lifepo4，limn2o4及三元材料等正極材料，由于受其較低理論容量的限制，其比容量、能量密度的提升空間非常有限。因此，高能量密度、長循環(huán)壽命和低成本的新型鋰離子電池正極材料的研究與開發(fā)是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。單質(zhì)硫具有較高的理論比容量(1675mah/g)和較高的理論比能量(2600wh/kg)、儲量豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，有望成為高比能量鋰離子電池優(yōu)良的正極材料。然而，單質(zhì)硫本身的導(dǎo)電性差(在常溫25攝氏度下，導(dǎo)電率僅為5×10^-30s/cm)，且在充放電過程中與鋰離子形成的多硫化物易溶于有機(jī)電解液中，導(dǎo)致了以單質(zhì)硫?yàn)檎龢O構(gòu)筑的鋰硫電池循環(huán)性能差、比容量低、倍率性能差等缺點(diǎn)，從而制約了鋰硫電池的進(jìn)一步市場化。目前，已有許多國內(nèi)外的科研工作者利用各種方法改善硫電極的電化學(xué)性能，例如采用碳材料和氧化物材料以提高硫正極復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和循環(huán)性能。其中，碳材料包括各種孔結(jié)構(gòu)的活性炭，碳管，碳纖維，石墨烯，氧化石墨烯等；氧化物材料包括氧化鈷，氧化鈦，氧化硅，氧化錳等。這些碳材料和氧化物材料的應(yīng)用，使得硫正極復(fù)合材料的某些方面性能得到了改善，例如比容量、倍率性能、循環(huán)性能等，但往往忽視了對于高庫倫效率的要求。而庫倫效率作為工業(yè)化生產(chǎn)的鋰硫電池尤為重要，其原因在于低的庫倫效率將快速的消耗電解液中的鋰鹽及腐蝕鋰負(fù)極，從而致使電池容量的快速衰減；硫正極的顆粒一般在納米及亞微米尺寸，這種尺度材料雖然提高了硫電池的比容量和倍率性能，但是因其較大的比表面積卻增加了電解液的使用量，降低了電池整體的質(zhì)量能量密度；顆粒尺寸過小導(dǎo)致材料的壓實(shí)密度低，也會(huì)影響電池的體積能量密度。綜上所述，將大大地降低鋰硫電池的市場競爭力。因此，在改善了鋰硫電池的比容量、倍率性能和循環(huán)性能的前提下，如何提高和保持鋰硫電池的高庫倫效率和高壓實(shí)密度(顆粒尺寸)將對其工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展具有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題，就是提供一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題，就是提供上述導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料的制備方法。

采用本發(fā)明的制備方法制備出來的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料，結(jié)構(gòu)新穎性能優(yōu)異且實(shí)現(xiàn)了高比容量、高庫倫效率和長循環(huán)壽命。

解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料，其特征是：在導(dǎo)電碳/硫復(fù)合物的表面上，從里往外依次包覆有石墨烯功能膜層、離子聚合物功能膜層和導(dǎo)電聚合物功能膜層。

所述的石墨烯層顆粒直徑≥8微米。

解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料的制備方法，其特征是包括以下步驟：

s1，導(dǎo)電碳/硫復(fù)合物制備：將導(dǎo)電碳與硫按照1:4～1:9的比例混合后放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲溶解，時(shí)間為30分鐘～180分鐘，然后進(jìn)行低溫真空蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，真空度為500pa～5000pa，蒸發(fā)溫度為30℃～60℃，得到碳/硫復(fù)合物；

s2，石墨烯功能膜層包覆：將步驟s1所得到的碳/硫復(fù)合物放入氧化石墨烯水溶液中進(jìn)行攪拌，添加快速還原劑，快速攪拌2分鐘～10分鐘，得到黑色絮狀沉淀物，經(jīng)常規(guī)過濾、清洗、干燥后得到直徑≥8微米顆粒的石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物；

s3，離子聚合物包覆：將步驟s2所得石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物分散到離子聚合物單體水溶液中進(jìn)行包覆(具體是把多巴胺溶液滴加到ph值為8.0～8.2的分散著石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物的水溶液中)，反應(yīng)時(shí)間為20分鐘～120分鐘,反應(yīng)溫度為10度～40度，經(jīng)常規(guī)過濾、清洗、干燥后得到離子聚合物包覆石墨烯/碳/硫復(fù)合材料；

s4，導(dǎo)電聚合物包覆：將步驟s3所得離子聚合物包覆石墨烯/碳/硫復(fù)合材料放入低溫氣相沉積容器內(nèi)，通入氣態(tài)的聚合物單體和氧化劑，在真空狀態(tài)下沉積20分鐘～120分鐘，真空度為100～1000帕斯卡，容器轉(zhuǎn)動(dòng)速率為300轉(zhuǎn)/分鐘～1200轉(zhuǎn)/分鐘，然后將所得產(chǎn)物進(jìn)行清洗，過濾，干燥后得到導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合物。

優(yōu)選地，步驟s1所述的導(dǎo)電碳為比表面積≥1200cm³/g的superp或科琴黑中的任意一種，所述的硫的純度為99.5％或以上，所述的有機(jī)溶劑為二硫化碳、甲苯或n-甲基吡咯烷酮中的任意一種。

優(yōu)選地，步驟s2所述的氧化石墨烯水溶液中的氧化石墨烯濃度為0.5mg/ml～5mg/ml，氧化石墨烯的尺寸為10微米～20微米，所述的快速還原劑為焦亞硫酸鈉，石墨烯和快速還原劑的重量比為1:1～1:30。

優(yōu)選地，步驟s3所述的離子聚合物單體為多巴胺單體或去腎上腺素中的任意一種，石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物與聚合物單體的重量比例為9:1～7:1。

優(yōu)選地，步驟s4所述的聚合物單體為吡咯或苯胺中的任意一種，氧化劑為氧化釩或氧化鐵中的任意一種，氣態(tài)聚合物單體和氧化劑的質(zhì)量流量比為2:1～5:1。

本發(fā)明是通過液相析出法制備出導(dǎo)電碳/硫復(fù)合物，通過化學(xué)還原氧化石墨烯法實(shí)現(xiàn)快速的第一次包覆，通過氣、液兩相法實(shí)現(xiàn)第二次和第三次的聚合物包覆，制備出導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料。導(dǎo)電碳與硫的復(fù)合，有利于提高硫的使用率，提高電池的比容量；還原氧化石墨烯對碳硫復(fù)合物的包覆有利于進(jìn)一步提高電池的比容量，石墨烯表面的官能團(tuán)能有效地減少電池在放電過程中形成的多硫化物的流失，改善電池的循環(huán)性能，本發(fā)明的石墨烯包覆碳硫復(fù)合物能形成大尺寸的顆粒，有利于提高電池的振實(shí)密度和電池的體積能量密；再進(jìn)行離子聚合物和導(dǎo)電聚合物的的多層包覆，實(shí)現(xiàn)離子和電子的優(yōu)化協(xié)同傳輸網(wǎng)絡(luò)，提高電池的比容量和倍率性能，物理包覆及聚合物上的官能團(tuán)與多硫化物的配位效應(yīng)更能有效地提高電池的庫倫效率和改善電池的循環(huán)性能。此外，由于功能膜層中的石墨烯和聚合物膜都具有良好的抗形變能力，有利于改善因單質(zhì)硫在充放電過程中由體積膨脹而引起的電極材料脫落現(xiàn)象，保持電極良好的比容量和循環(huán)性能。從而實(shí)現(xiàn)高比容量、高庫倫效率和長循環(huán)壽命的鋰硫電池正極材料的制備。本發(fā)明的優(yōu)勢在于：制備工藝操作簡單，制備能耗低和材料性能優(yōu)異。本發(fā)明所制備的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料具有放電比容量大，庫倫效率高和循環(huán)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在移動(dòng)通訊、便攜式電子設(shè)備、儲能設(shè)備、無人機(jī)、無人船及電動(dòng)汽車等相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)新穎，通過三層功能膜層來實(shí)現(xiàn)高比容量、高庫倫效率和長循環(huán)壽命的鋰硫電池復(fù)合正極材料的制備。(1)氧化石墨烯的快速還原來實(shí)現(xiàn)大顆粒復(fù)合物的制備，改善電池的振實(shí)密度和提高電池的體積能量密度；(2)通過離子聚合物的網(wǎng)絡(luò)化包覆，形成離子傳輸網(wǎng)絡(luò)，提高電池的離子傳輸速率，提高電池的倍率性能；(3)導(dǎo)電聚合物膜的包覆，提高電極材料的電子傳輸速率，進(jìn)一步的提升電池的倍率性能和比容量；(4)三種膜層都具有很強(qiáng)的抗形變能力，有利于減少由于硫單質(zhì)在充放電過程中產(chǎn)生的體積變化而引起的電極材料脫落，進(jìn)而保持電池良好的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性；(5)三種膜層上面的各種官能團(tuán)能有效地與電池充放電過程中產(chǎn)生的多硫化物形成化學(xué)配位效應(yīng)，阻止了多硫化物的流失，提高了電池的庫倫效率、比容量和循環(huán)性能；(6)三種功能膜的協(xié)同效應(yīng)，平衡了復(fù)合材料的離子和電子的傳輸速率，有利于提高電池的倍率性能和循環(huán)性能。(7)操作簡單，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中的碳/硫復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一中的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合材料/硫的復(fù)合材料電極在0.1c倍率下的性能曲線圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一中的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合材料/硫的復(fù)合材料電極在0.5c倍率下的性能曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明。

實(shí)施例一

第一步：將處理后比表面積≥1200cm³/g的科琴黑和純度99.5％的商業(yè)化硫按照1:9的重量比混合后放入盛有有機(jī)溶劑二硫化碳溶液的密閉容器內(nèi)，經(jīng)超聲溶解和低溫真空蒸發(fā)處理，超聲時(shí)間為30分鐘，真空度為500帕斯卡，蒸發(fā)溫度為30度，當(dāng)有機(jī)溶液完全蒸發(fā)后，得到碳/硫復(fù)合物；

第二步：將所得到的1克碳/硫復(fù)合物放入到200毫升濃度為0.5mg/ml的氧化石墨烯(go)水溶液中進(jìn)行攪拌，滴加20ml濃度為50mg/ml的焦亞硫酸鈉水溶液，反應(yīng)時(shí)間為3分鐘，過濾、清洗得到粒徑約為9微米的氧化還原石墨烯(rgo)包覆碳/硫復(fù)合物；

第三步：將10毫升濃度為1％的多巴胺水溶液逐滴加入到200毫升濃度為50mg/ml的石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物的水溶液中，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘，反應(yīng)溫度為30度，然后經(jīng)過過濾、清洗和干燥后得到聚多巴胺/石墨烯(pda/rgo)包覆碳/硫復(fù)合物；

第四步：將1g離子聚合物包覆石墨烯/碳/硫復(fù)合材料放入到低溫氣相沉積容器內(nèi)，通入氣態(tài)的聚合物單體和氧化劑，聚合物單體吡咯和氧化劑氧化釩的流量比為8:2，反應(yīng)時(shí)間為20分鐘，真空度為100帕斯卡，容器轉(zhuǎn)動(dòng)速率為300轉(zhuǎn)/分鐘，最終得到多功能膜層(ppy/pda/rgo)包覆碳/硫復(fù)合材料。

第五步：鋰硫電池的制備：把導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料、碳黑和聚偏氟乙烯(pvdf)按照質(zhì)量比為8:1:1的配比進(jìn)行混合，再滴加適量的n-甲基吡咯烷酮(nmp)，然后進(jìn)行球磨混料，其中球磨機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為4小時(shí)；把球磨好的漿料均勻涂抹在鋁箔上面，進(jìn)行真空干燥處理(干燥溫度為60攝氏度，干燥時(shí)間為4小時(shí))，作為正極材料。

負(fù)極材料為金屬鋰片，聚丙烯多孔膜為電池隔膜，電解液為含有1摩爾/升的litfsi的dol+dme(體積比為1:1)。在氬氣環(huán)境的手套箱內(nèi)完成扣式電池裝配后，在充放電儀上進(jìn)行電池性能測試。電池測試的電壓區(qū)間為1.6v～2.8v。

實(shí)施例二

第一步：與實(shí)施例一相同。

第二步：將所得到的1g復(fù)合物放入到含有200毫升濃度為1mg/ml的氧化石墨烯水溶液中進(jìn)行攪拌，滴加100ml濃度為50mg/ml的焦亞硫酸鈉水溶液，反應(yīng)時(shí)間為2分鐘，過濾、清洗得到顆粒尺寸約為8微米的氧化還原石墨烯(rgo)包覆碳/硫復(fù)合物；

第三步：將10毫升濃度為1％的多巴胺水溶液逐低加入到200毫升濃度為5mg/ml的石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物的水溶液中，反應(yīng)時(shí)間為20分鐘，反應(yīng)溫度為30度，然后經(jīng)過過濾、清洗和干燥后得到聚多巴胺/石墨烯(pda/rgo)包覆碳/硫復(fù)合物；

第四步：將1g復(fù)合物放入到低溫氣相沉積容器內(nèi)，聚合物單體苯胺(an)和氧化劑氧化鐵的流量比為8:3，反應(yīng)時(shí)間為60分鐘，真空度為100帕斯卡。最終得到多功能膜層(pan/pda/rgo)包覆碳/硫復(fù)合材料。

第五步：與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例三

第一步：將處理后的supperp和商業(yè)化硫(純度99.5％)的按照1:8的重量比混合后放入盛有二硫化碳溶液的密閉容器內(nèi)，經(jīng)過超聲和低溫真空蒸發(fā)處理后，得到碳/硫復(fù)合物。超聲時(shí)間為60分鐘，真空度為500帕斯卡，蒸發(fā)溫度為30度；

第二步：將所得到的2g復(fù)合物放入到含有100毫升濃度為2mg/ml的氧化石墨烯水溶液中進(jìn)行攪拌，滴加100ml濃度為60mg/ml的焦亞硫酸鈉水溶液，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘，過濾、清洗得到顆粒尺寸約為15微米的氧化還原石墨烯(rgo)包覆碳/硫復(fù)合物；

第三步：將10毫升濃度為0.5％的多巴胺水溶液逐低加入到100毫升濃度為1％的石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物的水溶液中，反應(yīng)時(shí)間為60分鐘，反應(yīng)溫度為30度，然后經(jīng)過過濾、清洗和干燥后得到聚多巴胺/石墨烯(pda/rgo)包覆碳/硫復(fù)合物；

第四步：將1g復(fù)合物放入到低溫有機(jī)氣相沉積容器內(nèi)，聚合物單體吡咯和氧化劑氧化礬的流量比為2:1，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘，真空度為500帕斯卡。最終得到多功能膜層(ppy/pda/rgo)包覆碳/硫復(fù)合材料。

第五步：與實(shí)施例一相同。

檢測結(jié)果

本實(shí)施例對上述實(shí)施例一通過本發(fā)明制備的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合材料進(jìn)行了sem的表征及電化學(xué)性能測試。從圖1的檢測結(jié)果可知，碳硫復(fù)合物的顆粒均勻，大小為400納米。另外，由圖2可知，導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合材料的顆粒尺寸為9微米，明顯地看出顆粒具有包覆感，并無圖1所顯示的顆粒均勻分散現(xiàn)象。本發(fā)明所制備的電極材料具有較高的充放電比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。如圖3所示，在25攝氏度條件下，多功能膜層(ppy/pda/rgo)包覆碳/硫復(fù)合正極材料在0.1c倍率放電條件下電池的初始放電比容量為1600mah/g，循環(huán)100圈后的放電比容量為1520mah/g，平均庫倫效率為99.5％。如此的高的放電比容量與本發(fā)明中石墨烯和聚合物膜層的協(xié)同效應(yīng)密不可分，此種電解液中的硫醚易于多功能膜中的各種官能團(tuán)形成化學(xué)配位，提高了電池的放電比容量，多功能層膜的協(xié)同效應(yīng)也優(yōu)化了離子和電子的傳輸速率，使得大倍率充放電時(shí)候任具有較高的放電比容量和較好的循環(huán)性能。如圖4所示，多功能膜層包覆碳硫復(fù)合物正極在0.5c的放電倍率下，首選放電比容量為1145mah/g，循環(huán)100圈后的放電比容量為870mah/g，平均庫倫效率為99.9％。

本發(fā)明通過液相吸附法制備碳/硫復(fù)合物、通過快速氧化還原法制備石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物、通過液相法制備出離子聚合物包覆石墨烯@碳/硫復(fù)合正極材料、通過低溫有機(jī)化學(xué)氣相沉積法完成導(dǎo)電聚合物包覆離子聚合物膜/石墨烯@碳/硫復(fù)合物的制備。

通過有機(jī)液相吸附使得硫與導(dǎo)電碳均勻的混合，硫的液相析出重結(jié)晶與吸附可以改善硫的微粒尺寸，有利于提高硫的利用率；硫吸附到導(dǎo)電碳的微孔中及表面，通過碳的良好導(dǎo)電性提高硫的利用率，提高電池的放電比容量和倍率性能；通過快速還原氧化石墨烯來完成石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物，本發(fā)明的還原劑能快速有效地將導(dǎo)電碳外表面的納米硫與石墨烯的官能團(tuán)結(jié)合在一起，使得石墨烯對碳/硫復(fù)合物包覆的更為完整和致密，有利于減少放電過程中生成的多硫化物的溶解，提高電池的庫倫效率和改善電池的循環(huán)性能；氧化還原石墨烯上的含氧官能基團(tuán)能與多硫化物形成化學(xué)配位作用，進(jìn)一步減少多硫化物的流失，保持高的庫倫效率和良好的循環(huán)性能；石墨烯的優(yōu)異導(dǎo)電性也有助于提高電池的比容量和倍率性能；由氧化石墨烯到石墨烯的快速轉(zhuǎn)變引起石墨烯界面張力突變而使得石墨烯發(fā)生收縮團(tuán)聚，易于形成大尺寸的石墨烯包覆碳/硫復(fù)合物顆粒(粒徑≥8微米)，有利于提高鋰硫電池的振實(shí)密度和電池的體積能量密度。

通過液相法實(shí)現(xiàn)離子聚合物對石墨烯@碳/硫復(fù)合物的第二次包覆，不僅提高了復(fù)合材料的整體離子電導(dǎo)率，而且聚合物上面的氧基和氮基官能團(tuán)都能有效地與多硫化物形成結(jié)合能較強(qiáng)的化學(xué)配位效應(yīng)，將進(jìn)一步阻止多硫化物的流失，提高電池的比容量和庫倫效率。

通過低溫有機(jī)化學(xué)氣相沉積法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物包覆離子聚合物/石墨烯@碳/硫復(fù)合材料的制備。本發(fā)明的低溫有機(jī)化學(xué)氣相沉積，能有效且均勻地形成包覆層，為顆粒之間以及顆粒與集流體之間的電子傳輸搭建了快速通道，有效地提高了電池的倍率性能和比容量；低溫氣相沉積避免了傳統(tǒng)氣相沉積法的高溫問題，更適用于低熔點(diǎn)材料(例如硫)的包覆；有機(jī)化學(xué)氣相沉積不僅保持了膜層的導(dǎo)電性能，也具有其他材質(zhì)膜層(如硬碳膜，氧化物膜，金屬膜)所不具備的彈性形變能力，緩解了硫體積變化所帶來的電極破裂問題；有機(jī)膜層中的官能團(tuán)能有效地?fù)渥蕉嗔蚧?，通過化學(xué)配位來進(jìn)一步地減少多硫化物的流失，保持電池的高比容量和高庫倫效率，進(jìn)一步提高電池的循環(huán)性能和倍率性能。

本發(fā)明是通過液相析出法制備導(dǎo)電碳/硫復(fù)合物實(shí)現(xiàn)硫單質(zhì)的納米化分布；再通過快速還原氧化石墨烯石實(shí)現(xiàn)硫碳的大粒徑(顆粒直徑≥8微米)的二次顆粒成型及包覆；再通過氣、液兩相法完成導(dǎo)電聚合物膜/離子聚合物膜/石墨烯@碳/硫復(fù)合材料的制備。導(dǎo)電碳與硫的復(fù)合，形成了硫的納米化分布，有利于提高硫的使用率和電池的比容量；還原氧化石墨烯的第一次包覆有利于進(jìn)一步提高碳/硫復(fù)合物的電子和離子傳輸速率，提高電池的比容量，石墨烯上的官能團(tuán)能有效地阻擋電池在放電過程中形成的多硫化物的流失，改善電池的循環(huán)性能，石墨烯的快速包覆易于形成大尺寸的顆粒(顆粒直徑≥8微米)，有利于提高鋰硫電池的振實(shí)密度和電池的體積能量密度；通過液相法完成離子聚合物對石墨烯@硫碳復(fù)合物的包覆，提高了整個(gè)材料的離子傳輸率，離子聚合膜層中的官能團(tuán)易與多硫化物形成化學(xué)配位效應(yīng)，有效地阻止多硫化物的流失，提高電池的庫倫效率和循環(huán)性能；通過低溫有機(jī)化學(xué)氣相沉積法完成導(dǎo)電聚合物膜/離子聚合物膜/石墨烯@碳/硫復(fù)合材料的制備，通過導(dǎo)電膜層來構(gòu)建顆粒之間以及顆粒與集流體之間的電子傳輸網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步的改善電極材料的導(dǎo)電性能，提高電池的放電比容量和倍率性能，以及通過聚合物膜層中的官能團(tuán)易與多硫化物起鉚釘作用，進(jìn)一步阻止多硫化物的流失，提高電池的庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明的特點(diǎn)在于：通過石墨烯的褶皺特性為硫的體積膨脹提供彈性空間，導(dǎo)電聚合物和離子聚合物膜都具有較好的抗形變能力，進(jìn)一步阻止電極中的硫單質(zhì)因體積膨脹變化而引發(fā)的電極材料脫落，從而導(dǎo)致電極的容量和循環(huán)性能快速衰減；本發(fā)明通過多層膜的相互協(xié)同效應(yīng)來達(dá)到鋰離子傳輸速率和電子傳輸速率的一種平衡，三種功能膜層(導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯層)中的官能團(tuán)都能有效地與多硫化物進(jìn)行化學(xué)配位作用，進(jìn)一步阻止了多硫化鋰的流失。因此，多功能膜層的協(xié)同效應(yīng)更能有效地提高電池的比容量、倍率性能、庫倫效率和改善循環(huán)性能。本發(fā)明的優(yōu)勢在于：材料的多層功能膜結(jié)構(gòu)能有效地阻止多硫化物的流失，提高電池的比容量、庫倫效率和循環(huán)性能；材料的粒徑比較大，適合于工業(yè)化高體積能量密度的需求；制備簡單，操作方便且材料性能優(yōu)異。本發(fā)明所制備的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合材料具有放電比容量大，庫倫效率高和循環(huán)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在移動(dòng)通訊、便攜式電子設(shè)備、儲能設(shè)備、無人機(jī)、無人船及電動(dòng)汽車等相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。