[發明專利]硫化聚丙烯腈及應用其的鋰離子電池正極材料

有效

• 申請號: 201010275623.1
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN102399338A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 何向明;王莉;蒲薇華;孫文婷;李建軍
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: C08F20/44
• 分類號: C08F20/44;C08F8/48;C08F8/34;C08F8/42;H01M4/137
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技術領域

本發明涉及一種硫化聚丙烯腈及應用其的鋰離子電池正極材料。

背景技術

聚丙烯腈(PAN)是由交替碳原子上帶有氰基的飽和碳骨架構成的高聚物，其自身并無導電性，但研究發現若將聚丙烯腈粉末與硫混合并加熱可使聚丙烯腈發生硫化，并制備出具有化學活性的可導電的硫化聚丙烯腈，請參閱“硫化聚丙烯腈鋰離子電池的制備”，任建國等，BATTERY?BIMONTHLY，Vol.38，No.2，P73～74(2008)。該文獻揭示：以聚丙烯腈為前驅體，用單質硫在300℃下進行徹底硫化，便可獲得一種硫化聚丙烯腈，該硫化聚丙烯腈可作為鋰離子電池的正極材料。在上述聚丙烯腈與硫反應的過程中，聚丙烯腈可能發生了環化反應，從而使形成的硫化聚丙烯腈為一種具有長程π鍵共軛體系的共軛聚合物，該共軛聚合物作為鋰離子電池正極材料具有較高的比容量。

然而，由于上述制備硫化聚丙烯腈的方法是通過直接將聚丙烯腈與硫所形成的混合物加熱形成的，容易使所形成的硫化聚丙烯腈的環化程度不高，即所形成的共軛π鍵較少，從而使硫化聚丙烯腈的電導率較低。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種具有較高環化程度的硫化聚丙烯腈及應用其的鋰離子電池正極材料。

一種硫化聚丙烯腈，該硫化聚丙烯腈包括一結構單元，該結構單元的分子通式為該結構單元的結構通式為

一種鋰離子電池正極材料，其包括一結構單元，該結構單元的分子通式為該結構單元的結構通式為

一種鋰離子電池正極材料，其包括一嵌鋰的硫化聚丙烯腈，其特征在于，該嵌鋰的硫化聚丙烯腈中包括一結構單元，該結構單元的分子通式為該結構單元的結構通式為

一種鋰離子電池正極材料，其包括一嵌鋰的硫化聚丙烯腈，其特征在于，該嵌鋰的硫化聚丙烯腈中包括一結構單元，該結構單元的分子通式為該結構單元的結構通式為

與現有技術相比較，本發明合成出了一種新的硫化聚丙烯腈，該硫化聚丙烯腈具有較高的環化程度，并具有較好的電導率。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的用于制備硫化聚丙烯腈的一共軛聚合物的制備方法流程圖。

圖2，圖4，圖6，圖8及圖10分別為本發明第一實施例至第五實施例所獲得的共軛聚合物的紅外光譜測定曲線圖。

圖3，圖5，圖7，圖9及圖11分別為本發明第一實施例至第五實施例所獲得的共軛聚合物的紫外-可見光吸收光譜分析曲線圖。

圖12為本發明第六實施例中單質硫和共軛聚合物分別按照1∶4與1∶6的比例均勻混合并加熱形成的硫化聚丙烯腈以及共軛聚合物的紅外光譜測定曲線。

圖13為本發明第六實施例中單質硫和共軛聚合物按照1∶4的比例均勻混合并加熱形成的硫化聚丙烯腈中的硫元素的X射線能譜分析曲線圖。

圖14為本發明第六實施例中單質硫和共軛聚合物按照1∶4的比例均勻混合并加熱形成的硫化聚丙烯腈中的氮元素的X射線能譜分析曲線圖。

圖15為本發明第六實施例所制備獲得的硫化聚丙烯腈作為鋰離子電池正極材料在0.2C倍率下的充放電曲線圖。

圖16為本發明第六實施例所制備獲得的硫化聚丙烯腈作為鋰離子電池正極材料在1伏至3.7伏電壓范圍內的充放電循環測試曲線圖。

圖17為本發明第六實施例所制備獲得的硫化聚丙烯腈作為鋰離子電池正極材料在1伏至3.6伏電壓范圍內的充放電循環測試曲線圖。

圖18為本發明第六實施例所制備獲得的硫化聚丙烯腈作為鋰離子電池正極材料在不同溫度下的放電曲線圖。

圖19為本發明第六實施例所制備獲得的硫化聚丙烯腈作為鋰離子電池正極材料在不同電流密度下的放電曲線圖。

具體實施方式

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的硫化聚丙烯腈及其制備方法，應用該硫化聚丙烯腈的鋰離子電池正極材料，及用于制備該硫化聚丙烯腈的一共軛聚合物的制備方法。

以下將首先描述用于制備該硫化聚丙烯腈的共軛聚合物的制備方法。

請參閱圖1，本發明提供一種共軛聚合物的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一，提供一聚丙烯腈、一第一溶劑及一催化劑，將該聚丙烯腈溶于所述第一溶劑中形成一聚丙烯腈溶液，并將該催化劑均勻分散于該聚丙烯腈溶液中；以及

步驟二，加熱上述分散有催化劑的聚丙烯腈溶液，以形成一溶解有共軛聚合物的第一共軛聚合物溶液。

以下將對上述各步驟進行詳細描述。