CN108365153A - 一种石墨烯基多孔碳片材料、制备方法及其应用 - Google Patents

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CN108365153A CN201711458936.9A CN201711458936A CN108365153A CN 108365153 A CN108365153 A CN 108365153A CN 201711458936 A CN201711458936 A CN 201711458936A CN 108365153 A CN108365153 A CN 108365153A
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Abstract

本发明涉及一种石墨烯基多孔碳片材料、制备方法及其应用，属于电池材料技术领域。所述石墨烯基多孔碳片材料为二维片层结构，多孔碳片分布在石墨烯层上下表面上，石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴氮。所述材料具有均匀的多孔结构、高钴氮含量和连续的电子导电性。该材料中丰富的孔道结构和高钴氮含量可以对多硫离子起到较好的物理化学吸附作用，阻碍多硫离子的穿梭；同时该材料具有良好的电子导电性，可以起到二次集流体的作用，有利于提高硫正极材料的利用率。所述材料用于锂硫电池隔膜中，可抑制多硫离子的“穿梭效应”，提高活性物质硫的利用率，提高锂硫电池的循环稳定性，从而提升锂硫电池的电化学性能。

Description

一种石墨烯基多孔碳片材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种石墨烯基多孔碳片材料、制备方法及其应用，属于电池材料技术领域。
背景技术
自上世纪90年代商业化的锂离子电池问世以来，其在民用的消费电子类产品和军用武器装备中都有着重要的应用。但是，随着电动汽车、混合动力汽车和固定储能装置的迅速发展，人们对锂电池的能量密度提出了更高的要求。目前商业化的锂离子电池受到其理论容量的限制，难以满足实际应用对高能量密度的要求。因此，开发高能量密度、低成本的新型储能体系尤为重要。近来，锂硫电池由于其高达1675mAh/g的理论容量和2600Wh/kg的能量密度而受到了研究人员的广泛关注。而且硫的储量丰富，具有成本低廉、环境友好等优点。尽管锂硫电池具有多方面的优势，其在实用化的过程中仍然面临很多问题。第一，单质硫的导电性很差，导致锂硫电池充放电过程中硫的利用率比较低。第二，在充放电过程中生成的放电中间产物多硫化物易溶解在电解液中并在正负极之间穿梭，导致电池循环性能比较差。
隔膜作为锂硫电池体系中的重要组成部分，其性能的优劣对电池性能有着重要的影响。近期，对于锂硫电池隔膜改性的方式多为对多硫化物的物理阻挡。例如：利用多孔碳、碳纳米管、石墨烯等导电性优异的材料作为多硫化物的物理阻挡层，可以改善锂硫电池的循环稳定性。但是，单纯的多孔碳材料只能对多硫化物起到物理阻挡的作用，不能很好的限制多硫离子的溶解溢出，无法满足锂硫电池的长循环及商业化要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯基多孔碳片材料。该材料具有均匀的多孔结构、高钴氮含量和连续的电子导电性。
本发明的目的之二在于提供一种石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，所述方法操作简单，可实现大批量生产制备。
本发明目的之三在于提供一种石墨烯基多孔碳片材料的应用，所述材料可用于锂硫电池隔膜中，抑制多硫离子的“穿梭效应”，提高活性物质硫的利用率。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种石墨烯基多孔碳片材料，所述石墨烯基多孔碳片材料为二维片层结构，多孔碳片分布在石墨烯层上下表面上，石墨烯基多孔碳片材料的碳片上掺杂有钴氮。
一种本发明所述石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，所述方法步骤如下：
将氧化石墨烯溶液滴加到甲醇溶液中，超声分散均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到混合溶液1；将Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液中，搅拌1-5h，得到混合溶液2；然后将2-甲基咪唑的甲醇溶液加入到上述混合溶液2中，搅拌至产生沉淀，静置5-8h后离心，沉淀冲洗除去杂质，将得到的沉淀冷冻干燥24-72h，得到中间产物；然后将中间产物在保护气体氛围中于700-1200℃下煅烧1-6h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
优选的，所述氧化石墨烯溶液浓度为5～15mg/mL。
优选的，所述Zn(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O的摩尔比为2～20:1；所述氧化石墨烯与Zn(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O总量的质量比为1:37-148。
优选的，所述2-甲基咪唑与Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O总量的摩尔比为4:1或8:1。
优选的，所述保护气体为氩气或氮气。
一种本发明所述石墨烯基多孔碳片材料的应用，所述应用为：将所述石墨烯基多孔碳片材料与粘结剂分散在溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层，将所述功能化涂层均匀涂覆在隔膜基体上，50-70℃干燥10-48h，得一种功能化复合隔膜。
优选的，所述隔膜基体为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯/聚丙烯双层隔膜和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔膜中的任意一种；所述隔膜基体的厚度为10-50μm；所述粘结剂为聚乙烯醇、环氧树脂、聚环氧乙烯、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种以上。
优选的，所述石墨烯基多孔碳片材料与粘结剂的质量比为5-9：1。
一种锂硫电池，所述电池的隔膜为本发明所述的一种功能化复合隔膜。
有益效果
1.本发明提供了一种石墨烯基多孔碳片材料，所述材料具有均匀的多孔结构、高钴氮含量和连续的电子导电性。该材料中丰富的孔道结构和高钴氮含量可以对多硫离子起到较好的物理化学吸附作用，阻碍多硫离子的穿梭；同时该材料具有良好的电子导电性，可以起到二次集流体的作用，有利于提高硫正极材料的利用率。
2.本发明提供了一种石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，所述方法制得的功能化复合隔膜粘结性、机械性能较好，制备方法简单，成本低廉，可实现大批量生产制备。
3.本发明涉及一种石墨烯基多孔碳片材料的应用，所述材料用于锂硫电池隔膜中，可抑制多硫离子的“穿梭效应”，提高活性物质硫的利用率，提高锂硫电池的循环稳定性，从而提升锂硫电池的电化学性能。
附图说明
图1为实施例1制得的石墨烯基多孔碳片材料的X射线衍射图。
图2为实施例1制得的石墨烯基多孔碳片材料的扫描电子显微镜图。
图3为不含有功能化复合隔膜的锂硫电池和含有实施例1制得的功能化复合隔膜的锂硫电池循环性能对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下实施例中：
(1)X射线衍射(XRD)测试：X射线衍射仪型号为Rigaku Ultima IV-185，日本；测试样品及制备方法：将实施例制得的石墨烯基多孔碳片材料干燥得到粉末状样品，进行XRD的测试；
(2)扫描电子显微镜(SEM)测试：扫描电子显微镜的仪器型号为SUPRA 55，德国；测试样品及制备方法：将实施例制得的石墨烯基多孔碳片材料烘干后制成样品，进行SEM的测试；
(3)X射线光电子能谱(XPS)测试：X射线光电子能谱仪的型号为Thermo escalab250Xi，美国；测试样品及制备方法：将实施例制得的石墨烯基多孔碳片材料压片，粘到双面胶带上，进行XPS测试；
(4)含有所述锂硫电池功能化复合隔膜的锂硫电池的组装：碳纳米管/硫(质量比3:7)复合材料作为正极；锂片作为负极；电解液溶剂为1，3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)，体积比1:1，溶质为1mol/L双三氟甲基磺酸酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2mol/L硝酸锂(LiNO3)；隔膜采用实施例制得的功能化复合隔膜；在氩气气氛的手套箱中组装成型号为2025的扣式电池。
(5)不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池的组装：正极、负极和电解质与含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池相同，隔膜采用Celgard2325的聚丙烯微孔膜。
(6)锂硫电池循环性能测试：使用仪器型号为：Land，武汉，测试参数：充放电电压1.8V～2.8V，充放电倍率：0.5C，充放电温度：30°С。
实施例1
(1)制备石墨烯基多孔碳片材料
在室温条件下，将5mL的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)滴加到200mL甲醇溶液中，超声分散5h，然后加入300mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1h，得到混合溶液1；将3.09g Zn(NO3)2·6H2O和0.61g Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，室温搅拌3h，得到混合溶液2；然后将60mL 2-甲基咪唑(4.25g)的甲醇溶液快速加入到上述混合溶液2中，室温搅拌30min至产生沉淀。静置6h后离心，沉淀用无水甲醇冲洗3次除去杂质，将得到沉淀置于冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到中间产物；将中间产物在氮气氛围的管式炉中950℃下煅烧3h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
(2)制备功能化复合隔膜
将70mg石墨烯基多孔碳片材料与聚偏氟乙烯以7：1的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层；将所得功能化涂层均匀涂覆在厚度为20μm的聚丙烯隔膜基体上，60℃干燥24h，得到一种功能化复合隔膜。
测试结果如下：
(1)X射线衍射测试：
测试结果如图1所示，石墨烯基多孔碳片材料含有石墨化碳和单质钴的特征峰，表明所述石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴。
(2)扫描电子显微镜测试：
测试结果如图2所示，石墨烯基多孔碳片材料呈现微米级二维片层结构，多孔碳片材料致密的锚定在石墨烯的两面，形成连贯的电子导电结构。
(3)X射线光电子能谱测试：
测试结果为：石墨烯基多孔碳片材料中有C＝N和C＝C的特征峰，表明石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有氮。
(4)锂硫电池电化学性能测试
对含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池和不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池分别进行充放电循环测试，结果如图3所示，含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率为75.6％，放电容量仍有667.8mAh/g，不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率仅为30.3％，放电容量为236.5mAh/g。
实施例2
(1)制备石墨烯基多孔碳片材料
在室温条件下，将5mL的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)滴加到200mL甲醇溶液中，超声分散5h，然后加入300mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1h，得到混合溶液1；将2.48g Zn(NO3)2·6H2O和1.21g Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，室温搅拌3h，得到混合溶液2；然后将60mL 2-甲基咪唑(4.25g)的甲醇溶液快速加入到上述混合溶液2中，室温搅拌30min至产生沉淀。静置6h后离心，沉淀用无水甲醇冲洗3次除去杂质，将得到的沉淀置于冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到中间产物；将中间产物在氮气氛围的管式炉中950℃下煅烧3h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
(2)制备功能化复合隔膜
将70mg石墨烯基多孔碳片材料与聚偏氟乙烯以7：1的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层浆料；将所得功能化涂层浆料均匀涂覆在厚度为20μm的聚丙烯隔膜基体上，60℃干燥24h，得到一种功能化复合隔膜。
测试结果如下：
(1)X射线衍射测试：
测试结果与实施例1相似，石墨烯基多孔碳片材料含有石墨化碳和单质钴的特征峰，表明所述石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴；单质钴的衍射峰强度明显强于实施例1，表明所述材料中钴的含量高于实施例1中钴的含量。
(2)扫描电子显微镜测试：
测试结果与实施例1相似，煅烧后的材料呈现微米级二维片层结构，多孔碳材料致密的锚定在石墨烯的两面，形成连贯的电子导电结构。
(3)X射线光电子能谱测试：
测试结果为：石墨烯基多孔碳片材料中有C＝N和C＝C的特征峰，表明石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有氮。
(4)锂硫电池电化学性能测试
对含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池和不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池分别进行充放电循环测试，测试结果与实施例1相似，含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率为73％，放电容量仍有645mAh/g。
实施例3
(1)制备石墨烯基多孔碳片材料
在室温条件下，将5mL的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)滴加到200mL甲醇溶液中，超声分散5h，然后加入300mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1h，得到混合溶液1；将3.53g Zn(NO3)2·6H2O和0.17g Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，室温搅拌3h，得到混合溶液2；然后将60mL 2-甲基咪唑(4.25g)的甲醇溶液快速加入到上述混合溶液2中，室温搅拌30min至产生沉淀。静置6h后离心，沉淀用无水甲醇冲洗3次除去杂质，将得到的沉淀置于冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到中间产物；将中间产物在氮气氛围的管式炉中950℃下煅烧3h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
(2)制备功能化复合隔膜
将70mg石墨烯基多孔碳片材料与聚偏氟乙烯以7：1的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层浆料；将所得功能化涂层浆料均匀涂覆在厚度为20μm的聚丙烯隔膜基体上，60℃干燥24h，得到一种用功能化复合隔膜。
测试结果如下：
(1)X射线衍射测试：
测试结果与实施例1相似，石墨烯基多孔碳片材料含有石墨化碳和单质钴的特征峰，表明所述石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴；单质钴的衍射峰强度明显弱于实施例1，表明所述材料中钴的含量低于实施例1中钴的含量。
(2)扫描电子显微镜测试：
测试结果与实施例1相似，煅烧后的材料呈现微米级二维片层结构，多孔碳材料致密的锚定在石墨烯的两面，形成连贯的电子导电结构。
(3)X射线光电子能谱测试：
测试结果为：石墨烯基多孔碳片材料中有C＝N和C＝C的特征峰，表明石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有氮。
(4)锂硫电池电化学性能测试
对含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池和不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池分别进行充放电循环测试，测试结果与实施例1相似，含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率为69％，放电容量仍有609.7mAh/g。
实施例4
(1)制备石墨烯基多孔碳片材料
在室温条件下，将5mL的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)滴加到200mL甲醇溶液中，超声分散5h，然后加入300mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1h，得到混合溶液1；将3.09g Zn(NO3)2·6H2O和0.61g Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，室温搅拌3h，得到混合溶液2；然后将60mL 2-甲基咪唑(4.25g)的甲醇溶液快速加入到上述混合溶液2中，室温搅拌30min至产生沉淀。静置6h后离心，沉淀用无水甲醇冲洗3次除去杂质，将得到的沉淀置于冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到中间产物。将中间产物在氮气氛围的管式炉中700℃下煅烧3h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
(2)制备锂硫电池用功能化复合隔膜
将70mg石墨烯基多孔碳片材料与聚偏氟乙烯以7：1的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层浆料；将所得功能化涂层浆料均匀涂覆在厚度为20μm的聚丙烯隔膜基体上，60℃干燥24h，得到一种功能化复合隔膜。
测试结果如下：
(1)X射线衍射测试：
测试结果与实施例1略有不同，石墨烯基多孔碳片材料含有石墨化碳和单质钴的特征峰，表明所述石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴；此外，还含有氧化锌的特征峰，证明在材料煅烧过程中锌没有完全挥发出去，少量的氧化锌不影响石墨烯基多孔碳片材料的应用。
(2)扫描电子显微镜测试：
测试结果与实施例1相似，煅烧后的材料呈现微米级二维片状结构，多孔碳材料致密的锚定在石墨烯的两面，形成连贯的电子导电结构。
(3)X射线光电子能谱测试：
测试结果为：石墨烯基多孔碳片材料中有C＝N和C＝C的特征峰，表明石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有氮。
(4)锂硫电池电化学性能测试
对含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池和不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池分别进行充放电循环测试，测试结果与实施例1相似，含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率为56％，放电容量仍有494.8mAh/g。
实施例5
(1)制备石墨烯基多孔碳片材料
在室温条件下，将5mL的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)滴加到200mL甲醇溶液中，超声分散5h，然后加入300mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1h，得到混合溶液1；将3.09g Zn(NO3)2·6H2O和0.61g Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，室温搅拌3h，得到混合溶液2；然后将60mL 2-甲基咪唑(4.25g)的甲醇溶液快速加入到上述混合溶液2中，室温搅拌30min至产生沉淀。静置6h后离心，沉淀用无水甲醇冲洗3次除去杂质，将得到的沉淀置于冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到中间产物。将中间产物在氮气氛围的管式炉中1200℃下煅烧3h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
(2)制备功能化复合隔膜
将70mg石墨烯基多孔碳片材料与聚偏氟乙烯以7：1的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层浆料；将所得功能化涂层浆料均匀涂覆在厚度为20μm的聚丙烯隔膜基体上，60℃干燥24h，得到一种功能化复合隔膜。
测试结果如下：
(1)X射线衍射测试：
测试结果与实施例1相似，石墨烯基多孔碳片材料含有石墨化碳和单质钴的特征峰，表明所述石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴。
(2)扫描电子显微镜测试：
测试结果与实施例1相似，煅烧后的材料呈现微米级二维片层结构，多孔碳材料致密的锚定在石墨烯的两面，形成连贯的电子导电结构。
(3)X射线光电子能谱测试：
测试结果为：石墨烯基多孔碳片材料中有C＝N和C＝C的特征峰，表明石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有氮。
(4)锂硫电池电化学性能测试
对含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池和不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池分别进行充放电循环测试，测试结果与实施例1相似，含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率为64.7％，放电容量仍有571.7mAh/g。
实施例6
(1)制备石墨烯基多孔碳片材料
在室温条件下，将5mL的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)滴加到200mL甲醇溶液中，超声分散5h，然后加入300mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1h，得到混合溶液1；将3.09g Zn(NO3)2·6H2O和0.61g Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，室温搅拌3h，得到混合溶液2；然后将60mL 2-甲基咪唑(4.25g)的甲醇溶液快速加入到上述混合溶液2中，室温搅拌30min至产生沉淀。静置6h后离心，沉淀用无水甲醇冲洗3次除去杂质，将得到的沉淀置于冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到中间产物。将中间产物在氮气氛围的管式炉中950℃下煅烧3h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
(2)制备功能化复合隔膜
将70mg石墨烯基多孔碳片材料与聚偏氟乙烯以5：1的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层浆料；将所得功能化涂层浆料均匀涂覆在厚度为20μm的聚丙烯隔膜基体上，60℃干燥24h，得到一种功能化复合隔膜。
测试结果如下：
(1)X射线衍射测试：
测试结果与实施例1相似，石墨烯基多孔碳片材料含有石墨化碳和单质钴的特征峰，表明所述石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴。
(2)扫描电子显微镜测试：
测试结果与实施例1相似，煅烧后的材料呈现微米级二维片层结构，多孔碳材料致密的锚定在石墨烯的两面，形成连贯的电子导电结构。
(3)X射线光电子能谱测试：
测试结果为：石墨烯基多孔碳片材料中有C＝N和C＝C的特征峰，表明石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有氮。
(4)锂硫电池电化学性能测试
对含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池和不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池分别进行充放电循环测试，测试结果与实施例1相似，含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率为61.6％，放电容量仍有544.3mAh/g。
实施例7
(1)制备石墨烯基多孔碳片材料
在室温条件下，将5mL的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)滴加到200mL甲醇溶液中，超声分散5h，然后加入300mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1h，得到混合溶液1；将3.09g Zn(NO3)2·6H2O和0.61g Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，室温搅拌3h，得到混合溶液2；然后将60mL 2-甲基咪唑(4.25g)的甲醇溶液快速加入到上述混合溶液2中，室温搅拌30min至产生沉淀。静置6h后离心，沉淀用无水甲醇冲洗3次除去杂质，将得到的沉淀置于冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到中间产物。将中间产物在氮气氛围的管式炉中950℃下煅烧3h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
(2)制备功能化复合隔膜
将70mg石墨烯基多孔碳片材料与聚偏氟乙烯以9：1的质量比分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，研磨混合均匀，得到功能化涂层浆料；将所得功能化涂层浆料均匀涂覆在厚度为20μm的聚丙烯隔膜基体上，60℃干燥24h，得到一种功能化复合隔膜。
测试结果如下：
(1)X射线衍射测试：
测试结果与实施例1相似，石墨烯基多孔碳片材料含有石墨化碳和单质钴的特征峰，表明所述石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有钴。
(2)扫描电子显微镜测试：
测试结果与实施例1相似，煅烧后的材料呈现微米级二维片层结构，多孔碳材料致密的锚定在石墨烯的两面，形成连贯的电子导电结构。
(3)X射线光电子能谱测试：
测试结果为：石墨烯基多孔碳片材料中有C＝N和C＝C的特征峰，表明石墨烯基多孔碳片材料中掺杂有氮。
(4)锂硫电池电化学性能测试
对含有功能化复合隔膜的锂硫电池和不含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池分别进行充放电循环测试，测试结果与实施例1相似，含有所述功能化复合隔膜的锂硫电池在循环300周后的容量保持率为67.5％，放电容量仍有596.4mAh/g。
发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯基多孔碳片材料，其特征在于：所述石墨烯基多孔碳片材料为二维片层结构，多孔碳片分布在石墨烯层上下表面上，石墨烯基多孔碳片材料的碳片上中掺杂有钴氮。
2.一种如权利要求1所述石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
将氧化石墨烯溶液滴加到甲醇溶液中，超声分散均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到混合溶液1；将Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O溶解到上述混合溶液1中，搅拌1-5h，得到混合溶液2；然后将2-甲基咪唑的甲醇溶液加入到上述混合溶液2中，搅拌至产生沉淀，静置5-8h后离心，沉淀冲洗除去杂质，将得到的沉淀冷冻干燥24-72h，得到中间产物；然后将中间产物在保护气体氛围中于700-1200℃下煅烧1-6h，得到石墨烯基多孔碳片材料。
3.如权利要求2所述一种石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液浓度为5～15mg/mL。
4.如权利要求2所述一种石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，其特征在于：所述Zn(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O的摩尔比为2-20:1；所述氧化石墨烯与Zn(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O总量的质量比为1:37-148。
5.如权利要求2所述一种石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，其特征在于：所述2-甲基咪唑与Zn(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O总量的摩尔比为4:1或8:1。
6.如权利要求2所述一种石墨烯基多孔碳片材料的制备方法，其特征在于：所述保护气体为氩气或氮气。
7.一种如权利要求1所述的石墨烯基多孔碳片材料的应用，其特征在于：将所述石墨烯基多孔碳片材料与粘结剂研磨混合均匀，得到功能化涂层，将所述功能化涂层均匀涂覆在隔膜基体上，50-70℃干燥10-48h，得一种功能化复合隔膜。
8.如权利要求7所述一种石墨烯基多孔碳片材料的应用，其特征在于：所述隔膜基体为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯/聚丙烯双层隔膜和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔膜中的任意一种；所述隔膜基体的厚度为10-50μm；所述粘结剂为聚乙烯醇、环氧树脂、聚环氧乙烯、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种以上。
9.如权利要求7所述一种石墨烯基多孔碳片材料的应用，其特征在于：所述石墨烯基多孔碳片材料与粘结剂的质量比为5-9:1。
10.一种锂硫电池，其特征在于：所述电池的隔膜为权利要求7～9任意一项所述的一种功能化复合隔膜。
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