[发明专利]一种Se掺杂硫化聚丙烯腈材料的制备方法

说明书

本发明属于锂二次电池技术领域，公开了一种Se掺杂硫化聚丙烯腈材料的制备方法，该方法是将聚丙烯腈PAN与S单质及Se单质混合形成的混合物，在密闭环境中进行热处理，由此一步制备得到Se掺杂硫化聚丙烯腈材料；其中，热处理温度为250～380℃，热处理时间为1～24h。本发明通过对制备方法所处环境及气氛、反应原料、反应机理等进行改进，直接以S、Se和PAN为原料，在密闭环境(如密闭空气)中一步热处理合成，与现有制备Se掺杂的硫化聚丙烯腈技术相比能够有效解决合成工艺复杂、硫利用率低、产率低等问题，本发明制备方法简单，产率高，环境友好。

技术领域

本发明属于锂二次电池技术领域，更具体地，涉及一种Se掺杂硫化聚丙烯腈材料的制备方法，该制备方法通过一步法制备Se掺杂硫化聚丙烯腈材料，并可进一步利用制得的活性材料构建正极片和相应的锂二次电池。

背景技术

随着人们对先进储能技术需求的不断增长，锂离子电池的研究也越来越广泛。传统锂离子电池其能量密度接近理论上限，已经难以满足动力电池领域日益增强的能量密度需求。

硫化聚丙烯腈(SPAN)正极材料具有高的理论比容量，与商业化碳酸酯类电解液化学相容性好、库仑效率高，能够与金属锂匹配，构筑高比能锂二次电池。但是抑制其商业化应用的一个主要问题是电化学反应动力学慢，高面载量下，倍率性能差。研究表明，Se掺杂替代SPAN中的一部分S后，形成的材料电子电导率和离子电导率大大提高，表现出快的电化学反应动力学，大大提高了电池材料的倍率性能。

虽然现有技术中已有Se掺杂的SPAN材料的相关报道，但这些现有技术的制备过程步骤繁琐，实验环境条件苛刻，需要在流动的氩气条件下进行热处理，硫利用率低、产率低、难以实现商业化生产。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种Se掺杂硫化聚丙烯腈材料的制备方法，其中通过对制备方法所处环境及气氛、反应原料、反应机理等进行改进，直接以S、Se和PAN为原料，在密闭环境(如密闭空气)中一步热处理合成，与现有制备Se掺杂的硫化聚丙烯腈技术相比能够有效解决合成工艺复杂、硫利用率低、产率低等问题，本发明制备方法简单(尤其是制备环境条件简单)，产率高，环境友好。并且，得到的Se掺杂硫化聚丙烯腈材料具有良好的电子电导率和离子电导率，相较于未掺杂SPAN材料，改善了电化学反应动力学，提高了电极高面载量下的循环稳定性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种Se掺杂硫化聚丙烯腈材料的制备方法，其特征在于，该方法是将聚丙烯腈PAN与S单质及Se单质混合形成的混合物，在密闭环境中进行热处理，由此一步制备得到Se掺杂硫化聚丙烯腈材料；其中，热处理温度为250～380℃，热处理时间为1～24h。

作为本发明的进一步优选，针对所述混合物，所述Se单质的质量占S单质及Se单质两者质量之和的比例为1％～30％。

作为本发明的进一步优选，针对所述混合物，所述Se单质的质量占S单质及Se单质两者质量之和的比例为5％～10％。

作为本发明的进一步优选，所述混合物中，所述聚丙烯腈PAN的质量比上S单质及Se单质两者的质量之和满足1/(1.5～3)。

作为本发明的进一步优选，所述混合物中，所述聚丙烯腈PAN的质量比上S单质及Se单质两者的质量之和满足1/(1.65～1.85)。

作为本发明的进一步优选，所述热处理是在密闭的空气气氛中进行的。

作为本发明的进一步优选，所述热处理是在密封的反应釜中进行的。