[发明专利]硫化聚丙烯腈的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫化聚丙烯腈制备方法。

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粉末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的硫化聚丙烯腈，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，用单质硫在300℃下进行彻底硫化，便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的过程中，聚丙烯腈可能发生了环化反应，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所形成的混合物加热形成的，容易使所形成的硫化聚丙烯腈的环化程度不高，即所形成的共轭π键较少，从而使硫化聚丙烯腈的电导率较低。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有较高环化程度的硫化聚丙烯腈的制备方法。

一种硫化聚丙烯腈的制备方法，其包括以下步骤：提供一聚丙烯腈、一第一溶剂及一催化剂，将该聚丙烯腈加入该第一溶剂中完全溶解形成一聚丙烯腈溶液，并将该催化剂均匀分散于该聚丙烯腈溶液中；加热上述分散有催化剂的聚丙烯腈溶液，形成一溶解有共轭聚合物的第一共轭聚合物溶液；提供一单质硫或硫代硫酸钠，并将该单质硫或硫代硫酸钠与上述共轭聚合物均匀混合以形成一混合物；及加热上述混合物，从而制备获得硫化聚丙烯腈。

与现有技术相比较，本发明与单质硫或硫代硫酸钠直接反应的为一种通过聚丙烯腈形成的已环化的共轭聚合物，之后，通过加热该由单质硫或硫代硫酸钠与该共轭聚合物形成的混合物，不仅使共轭聚合物发生了硫化反应形成了硫化聚丙烯腈，且在该过程中进一步使该硫化聚丙烯腈发生环化，从而大大提高了该硫化聚丙烯腈的环化程度，并提高了该硫化聚丙烯腈的导电率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于制备硫化聚丙烯腈的一共轭聚合物的制备方法流程图。

图2，图4，图6，图8及图10分别为本发明第一实施例至第五实施例所获得的共轭聚合物的红外光谱测定曲线图。

图3，图5，图7，图9及图11分别为本发明第一实施例至第五实施例所获得的共轭聚合物的紫外-可见光吸收光谱分析曲线图。

图12为本发明第六实施例中单质硫和共轭聚合物分别按照1∶4与1∶6的比例均匀混合并加热形成的硫化聚丙烯腈以及共轭聚合物的红外光谱测定曲线。

图13为本发明第六实施例中单质硫和共轭聚合物按照1∶4的比例均匀混合并加热形成的硫化聚丙烯腈中的硫元素的X射线能谱分析曲线图。

图14为本发明第六实施例中单质硫和共轭聚合物按照1∶4的比例均匀混合并加热形成的硫化聚丙烯腈中的氮元素的X射线能谱分析曲线图。

图15为本发明第六实施例所制备获得的硫化聚丙烯腈作为锂离子电池正极材料在0.2C倍率下的充放电曲线图。

图16为本发明第六实施例所制备获得的硫化聚丙烯腈作为锂离子电池正极材料在1伏至3.7伏电压范围内的充放电循环测试曲线图。

图17为本发明第六实施例所制备获得的硫化聚丙烯腈作为锂离子电池正极材料在1伏至3.6伏电压范围内的充放电循环测试曲线图。

图18为本发明第六实施例所制备获得的硫化聚丙烯腈作为锂离子电池正极材料在不同温度下的放电曲线图。

图19为本发明第六实施例所制备获得的硫化聚丙烯腈作为锂离子电池正极材料在不同电流密度下的放电曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例中用于制备硫化聚丙烯腈的一共轭聚合物的制备方法，硫化聚丙烯腈的制备方法，及应用该硫化聚丙烯腈的锂离子电池正极材料。

以下将首先介绍用于制备所述硫化聚丙烯腈的一共轭聚合物的制备方法。

请参阅图1，本发明提供一种共轭聚合物的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，提供一聚丙烯腈、一第一溶剂及一催化剂，将该聚丙烯腈溶于所述第一溶剂中形成一聚丙烯腈溶液，并将该催化剂均匀分散于该聚丙烯腈溶液中；以及

步骤二，加热上述分散有催化剂的聚丙烯腈溶液，以形成一溶解有共轭聚合物的第一共轭聚合物溶液。

以下将对上述各步骤进行详细描述。