[发明专利]硫基复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子正极材料及其制备方法，特别涉及一种硫基复合锂离子正极材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯腈(PAN)是由交替碳原子上带有氰基的饱和碳骨架构成的高聚物，其自身并无导电性，但研究发现若将聚丙烯腈与硫混合并加热可使聚丙烯腈发生硫化，并制备出具有化学活性的可导电硫化聚丙烯腈，请参阅“硫化聚丙烯腈锂离子电池的制备”，任建国等，BATTERY BIMONTHLY，Vol.38，No.2，P73~74 (2008)。该文献揭示：以聚丙烯腈为前驱体，与单质硫在300℃下进行彻底反应，可获得硫化聚丙烯腈，该硫化聚丙烯腈可作为锂离子电池的正极材料。在上述聚丙烯腈与硫反应过程中，聚丙烯腈发生了硫化、环化等反应，从而使形成的硫化聚丙烯腈为一种具有长程π键共轭体系的共轭聚合物，该共轭聚合物作为锂离子电池正极材料具有较高的比容量。

然而，由于上述制备硫化聚丙烯腈的方法是通过直接将聚丙烯腈与硫混合经过加热形成的，难以实现聚丙烯腈与硫的均匀混合，从而使硫化聚丙烯腈的可逆储锂容量较低。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种硫基复合正极材料的制备方法，该方法能够使聚丙烯腈与硫更为均匀的混合。

一种硫基复合正极材料，该硫基复合正极材料是三元复合材料，包括上述聚丙烯腈脱氢环化产物，单质硫及导电碳材料。

一种硫基复合正极材料的制备方法，包括将聚丙烯腈和单质硫共同溶解于第一溶剂形成第一溶液；在该第一溶液中加入导电碳材料与溶解的聚丙烯腈和单质硫混合；改变该聚丙烯腈和单质硫所处的环境，使所述聚丙烯腈和单质硫在该改变后的环境中因溶解度减小而同时析出，与该导电碳材料共同形成沉淀物；以及将所述沉淀物进行热处理，使所述聚丙烯腈和单质硫发生脱氢环化反应生成所述硫基复合正极材料。

与现有技术相比较，本发明实施例提供的硫基复合正极材料的制备方法，通过使聚丙烯腈和单质硫先溶解从而在液相形成均匀混合，再通过溶解度减小而同时析出沉淀的方法，形成均匀的固态混合物，有利于后续热处理过程中聚丙烯腈与单质硫的反应。

附图说明

图1为本发明实施例提供的硫基正极材料的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例1提供的硫基正极材料制备方法中获得的沉淀物的扫描电镜照片。

图3为由本发明实施例1获得的硫基正极材料制备而成的锂离子电池的第二次充放电曲线图。

图4为由本发明实施例1获得的硫基正极材料制备而成的锂离子电池的循环性能测试曲线。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参照图1，本发明实施例提供一种硫基复合正极材料的制备方法，包括：

S1，将聚丙烯腈和单质硫共同溶解于第一溶剂形成第一溶液；

S2，在该第一溶液中加入导电碳材料与溶解的聚丙烯腈和单质硫混合；

S3，改变该聚丙烯腈和单质硫所处的环境，使所述聚丙烯腈和单质硫在该改变后的环境中因溶解度减小而同时析出，与该导电碳材料共同形成沉淀物；以及

S4，将所述沉淀物进行热处理，使所述聚丙烯腈和单质硫发生化学反应生成所述硫基复合正极材料。

在步骤S1中，将聚丙烯腈和单质硫按比例溶解于温度在第一温度范围的第一溶剂，形成第一溶液。所述第一温度范围(T1)优选大于或等于100℃且小于或等于200℃(100℃≤T1≤200℃)。所述单质硫和聚丙烯腈可以按照质量比1：1～10：1完全溶解于所述第一溶剂。所述第一溶液中聚丙烯腈和单质硫的总浓度优选为10g/L~100g/L。优选的，所述单质硫和聚丙烯腈可以按照质量比1：1～4：1溶解于所述第一溶剂。可以理解，适当控制第一溶液的总浓度既有利于沉淀物的产生，又有利于实现聚丙烯腈和单质硫的的均匀混合。所述聚丙烯腈可以是丙烯腈单体的均聚物或丙烯腈单体与第二共聚单元的共聚物。该第二共聚单元可以选自但不限于丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸、衣康酸二甲酯及丙烯酰胺中的至少一种。该聚丙烯腈分子量不限，优选为30000～150000。所述第一溶剂的种类不限，只要使所述聚丙烯腈和单质硫在该第一温度范围的第一溶剂中可溶即可（即溶解度大于1）。优选的，所述第一溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺或其混合物。可以理解，该第一溶剂对该单质硫和聚丙烯腈起到物理溶解的作用，不与单质硫或聚丙烯腈发生化学反应。