技术摘要：
本发明涉及一种锂硫电池用导电MOF修饰碳纤维纸插层材料及其制备方法与应用，该制备方法包括：碳纤维纸的预处理：将碳纤维纸材料进行亲水处理；制备生长有Co3(HITP)2的碳纤维纸：二价钴离子Co2 与六氨基三亚苯在亲水碳纤维纸表面配位并原位生长；去除结构杂质。制备得到  全部
背景技术：
这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。 锂硫电池因其理论容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg)远大于商业锂离子 电池(<300mAh/g，<420Wh/kg)而备受关注，具有较高的研究价值和应用前景。然而，锂硫电 池目前仍面临巨大挑战，其中最重要的问题是电池反应中间产物多硫化锂(LiPSs)穿过隔 膜沉积在负极一侧产生的“穿梭效应”。电池充放电过程中的穿梭效应主要带来三方面负面 影响：(1)电池库伦效率低；(2)容量衰减严重；(3)有效活性物质损失快。最终导致锂硫电池 实际容量低、使用寿命骤减，严重阻碍其实际应用。 关于解决锂硫电池穿梭效应的近期报道中，工艺简单且结构性能可控的方法是通 过将极性的无机固硫材料引入到锂硫电池的正极中，使其抑制多硫化物的穿梭效应，从而 提高锂硫电池的循环稳定情况。但该法也存在不利的因素。主要是大部分的无机固硫材料 常常是不导电或者导电能力很差，因此，一旦大量加入，势必会大大增加电极本身的内部阻 值，影响电池性能。 在正极和膈膜之间引入插层，这种结构可以作为第二集流体，用于加速电子的转 移，以提高导电性，同时对多硫化物具有一定的拦截作用。鉴于这种思路，越来越多的插层 材料渐渐被应用到锂硫电池中。如申请公布号为109920957A(201910095425.8)的中国专利 文献公开了一种锂硫电池插层材料的专利，该专利利用聚丙烯隔膜作为插层的基体层，碲 化铋作为隔离层，该隔离层用于在聚丙烯隔膜的表面形成阻隔，抑制多硫化锂的穿梭效应。 但是本发明发明人研究发现，该材料属于半导体，因此由该材料制备的插层没有能够充分 起到电池反应过程中加速电子转移的作用，电池性能势必会受到影响。除此之外，本发明发 明人还发现，为了提高插层的导电性，目前的插层多以碳基材料为基质，但碳基材料的非极 性表面对极性多硫化锂的吸附作用非常有限，为提高插层对多硫化锂的拦截作用，不可避 免的需要加入导电性较差的无极固硫材料，如金属氧化物、硫化物等，导致最终插层材料导 电性降低，电池性能差强人意。
技术实现要素：
本发明的目的是之一是提供一种导电MOF修饰的碳纤维纸作为锂硫电池的插层材 料及制备方法，以解决现有的插层材料导电性不高、对多硫化锂穿梭抑制效率低等技术问 题；同时解决现有锂硫电池循环稳定性差的技术问题。 具体的，本发明采用以下技术方案： 根据本发明的第一个方面，提供一种导电MOF修饰的碳纤维纸材料，包括亲水性的 碳纤维纸和金属-有机框架材料Co3(HITP)2，所述金属-有机框架材料Co3(HITP)2生长在所 4 CN 111554936 A 说　明　书 2/7 页 述亲水性的碳纤维纸中碳纤维的表面上。 根据本发明的第二个方面，提供所述导电MOF修饰的碳纤维纸材料的制备方法，该 方法包括以下步骤： 碳纤维纸的预处理：将碳纤维纸材料进行亲水处理； 制备生长有Co3(HITP)2的碳纤维纸：二价钴离子Co2 与六氨基三亚苯(HITP)在亲 水碳纤维纸表面配位并原位生长； 去除结构杂质：去除未参与反应的Co2 、HITP、溶剂DMF分子、和/或碳纤维纸表面上 游离的MOF分子。 根据本发明的第三个方面，提供所述导电MOF修饰碳纤维纸材料在制备锂硫电池 中的应用。 根据本发明的第四个方面，提供一种锂硫电池插层材料，包括所述导电MOF修饰的 碳纤维纸材料，作为锂硫电池插层材料，置于隔膜与正极之间，用于加速电子转移，同时对 多硫化锂具有催化与阻隔作用。 根据本发明的第五个方面，提供一种锂硫电池，负极为锂，正极为硫/碳复合物，同 时将所述导电MOF修饰碳纤维纸材料作为插层。 与本发明人知晓的相关技术相比，本发明其中的一个技术方案具有如下有益效 果： 本发明提供了一种导电MOF修饰的碳纤维纸材料，碳纤维纸经亲水处理后在其表 面生长一层MOF材料-Co3(HITP)2，六氨基三亚苯Co3(HITP)2修饰的碳纤维纸具有较高的导 电性。 本发明制备得到的导电MOF-Co3(HITP)2，修饰的碳纤维纸作为锂硫电池的插层材 料，其中碳纤维纸提供必要的导电基质，确保在正极与隔膜间电子的高速移动；碳纤维纸上 生长的Co3(HITP)2不仅可以提供吸附多硫化锂足够的极性，填补碳材料的不足，并且还能够 通过Co-N4的催化作用促进多硫化锂反应，高效的抑制多硫化物的穿梭效应。更重要的是， Co3(HITP)2本身也具有较高的导电性，不会因在碳基质上修饰了功能材料后使整体的导电 性大大降低。以锂片作为负极，经过试验验证，该锂硫电池在电流为1C时，循环600圈后仍可 保持93.7％的容量，具有优异的循环稳定性。 附图说明 构成本发明一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意 性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。 图1为本发明实施例一中的亲水处理后的碳纤维纸与花状Co3(HITP)2修饰的碳纤 维纸SEM图；(a)碳纤维纸和(b～d)花状Co3(HITP)2修饰的碳纤维纸(不同放大倍数)的SEM 图。 图2为本发明实施例一中采用Co3(HITP)2修饰的碳纤维纸制成的锂硫电池用插层 图片。 图3为本发明实施例一中碳纤维纸，Co3(HITP)2修饰的碳纤维纸，ZIF-67(含有相同 元素但结构不同的不导电MOF)的电化学阻抗图。 图4为本发明实施例一中的Co3(HITP)2修饰的碳纤维纸做插层的锂硫电池充放电 5 CN 111554936 A 说　明　书 3/7 页 循环对比图，测试条件为1C。 图5为本发明对比例二中Cu3(HITP)2修饰的碳纤维纸的SEM图。 图6为本发明对比例一中Ni3(HITP)2修饰的碳纤维纸的SEM图。