一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法技术

一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1将丙烯腈单体和乳化剂在去离子水中混匀，随后加入引发聚合反应的引发剂产生聚丙烯腈固体颗粒并真空干燥聚丙烯腈固体颗粒；步骤S2将聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉在球磨罐中球磨混合得到硫

【技术实现步骤摘要】
一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂二次电池正极活性材料领域，具体涉及一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法。

技术介绍

[0002]相比传统的二次电池，锂二次电池具有体积小、重量轻等优点，因此锂二次电池已被广泛应用在各个领域中。但随着近几年动力电池行业的发展，传统的锂离子电池逐渐暴露出一些例如能量密度偏低、存在安全隐患的缺点，在诸多高能量密度电池材料体系中，锂硫电池体系吸引了大量科研工作者的关注和研究，除单质硫基复合材料外，含硫聚丙烯腈材料是锂硫电池的理想材料。
[0003]然而对于动力电池而言，在传动锂硫电池体系中，由于硫硫单质导电性极差，充放电过程中随着电流密度的增大，极化加剧，展现出较差的倍率特性，制约了锂硫电池体系的发展。针对这一缺点，有研究人员通过复合高导电性的碳材料的方式制备了改性的含硫聚丙烯腈材料来改善正极材料的导电性，从而改善了充放电效率，通过将硫粉与聚丙烯腈粉末混合后高温碳化的方法制备了硫改性聚丙烯腈材料，硫元素在复合材料中不再以单质形式出现，阐明了硫改性聚丙烯腈材料的微观结构以及复合材料整体导电性的变化。虽然这种方法在理论上能够获得良好的倍率特性，但受限于商品化聚丙烯腈粉末的品质不一，使得目前硫改性聚丙烯腈复合材料的倍率特性仍不足以应用于动力电池中。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种含硫量高、倍率特性优异的硫改性聚丙烯腈材料的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
>[0006]一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1将丙烯腈单体和乳化剂在去离子水中混匀得到第一混合液，随后加入引发聚合反应的引发剂产生聚丙烯腈固体颗粒并真空干燥得到聚丙烯腈固体颗粒；
[0008]步骤S2将聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉在球磨罐中球磨混合得到硫-聚丙烯腈混合物；
[0009]步骤S3在氮气保护下，将硫-聚丙烯腈混合物加热进行碳化反应，经过冷却后得到硫改性聚丙烯腈材料。
[0010]优选的，步骤S1中，所述引发剂为引发剂溶液，以滴加方式滴加到第一混合液中。
[0011]优选的，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠中的一种。
[0012]优选的，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种，所述引发剂与去离子水混合得到引发剂溶液。
[0013]优选的，步骤S1中，先将二甲基亚砜、多壁碳纳米管、去离子水加入反应烧瓶中通
过超声分散方式搅拌均匀，然后再加入丙烯腈单体和衣康酸混匀得到第一混合液。
[0014]优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈，溶解于二甲基亚砜中得到引发剂溶液。
[0015]优选的，在步骤S1中，所述乳化剂与丙烯腈单体的质量比为1：10～15，引发剂与丙烯腈单体的质量比为1：100～150。
[0016]优选的，在步骤S1中，加入引发剂后在60～70℃的条件下进行3～4小时的聚合反应，将聚合反应产生的聚丙烯腈固体颗粒在50～60℃的条件下进行真空干燥1～12小时。
[0017]优选的，滴加的时间为1～2小时，在60～70℃的条件下滴加，滴加完毕后保持60～70℃温度1～2小时。
[0018]优选的，在步骤S1中，将聚合反应产生的聚丙烯腈固体颗粒用去离子水冲洗后再进行真空干燥获得聚丙烯腈固体颗粒。
[0019]优选的，在步骤S2中，在聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉的混合物中加入无水乙醇后在球磨罐球磨3～6小时，随后在50～60℃的条件下真空干燥10～12小时得到硫-聚丙烯腈混合物。
[0020]优选的，在步骤S2中，聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉的质量比为1:1～2，将得到硫-聚丙烯腈混合经过研磨、过200目筛网后备用。
[0021]优选的，在步骤S3中，将硫-聚丙烯腈混合物加热至200～600℃，碳化反应时间为1～12小时。
[0022]优选的，在步骤S3中，将硫-聚丙烯腈混合物加热至300～450℃，碳化6～10小时，经过冷却后得到硫改性聚丙烯腈材料。
[0023]优选的，在步骤S3中，硫-聚丙烯腈混合物加热碳化后，降温至200℃并保温10小时，随后冷却得到硫改性聚丙烯腈材料。
[0024]优选的，在步骤S2中，所述球磨罐及球磨珠由玛瑙制成。
[0025]本专利技术的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，利用丙烯腈单体、乳化剂及引发剂采用乳液制备的方法获得聚丙烯腈固体颗粒，具有一次颗粒粒径分布窄且形貌规整的特点，利于聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉充分混合杂化，以此获得较高的载硫量，同时粒径规整的聚丙烯腈固体壳体在碳化过程中导电网络更加稳定、均匀，利于改善硫改性聚丙烯腈材料整体的导电性，有助于提升电化学性能；此外，本专利技术的操作简单，原材料廉价易得，产物化学品质稳定性好，易于规模化生产。
[0026]此外，在步骤S2中，将聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉在球磨罐中球磨时，加入少量无水乙醇，利于硫单质进入聚丙烯腈颗粒中，在球磨完毕后经过真空干燥即可去除多余的无水乙醇获得硫-聚丙烯腈材料；在步骤S3中将碳化温度控制在300～450℃之间，利于提高硫改性聚丙烯腈材料的倍率特性；在步骤S3的碳化反应后，降温至200℃保温10小时，有助于去除多余的硫单质，进一步提升硫改性聚丙烯腈材料的容量发挥及倍率特性。
附图说明
[0027]图1是本专利技术一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法第一实施例中聚丙烯腈固体颗粒SEM电镜图；
[0028]图2是本专利技术一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法第一实施例中硫改性聚丙烯腈材料SEM电镜图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图1至2给出的实施例，进一步说明本专利技术的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法的具体实施方式。本专利技术的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法不限于以下实施例的描述。
[0030]一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031]步骤S1将丙烯腈单体和乳化剂在去离子水中混匀得到第一混合液，随后加入引发聚合反应的引发剂产生聚丙烯腈固体颗粒并真空干燥得到聚丙烯腈固体颗粒；
[0032]步骤S2将聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉在球磨罐中球磨混合得到硫-聚丙烯腈混合物；
[0033]步骤S3在氮气保护下，将硫-聚丙烯腈混合物加热进行碳化反应，经过冷却后得到硫改性聚丙烯腈材料。
[0034]本专利技术的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，利用丙烯腈单体、乳化剂及引发剂采用乳液制备的方法获得聚丙烯腈固体颗粒，具有一次颗粒粒径分布窄且形貌规整，利于聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉充分混合杂化，以此获得较高的载硫量，同时粒径规整的聚丙烯腈固体壳体在碳化过程中导电网络更加稳定、均匀，利于改善硫改性聚丙烯腈材料整体的导电性，有助于提升电化学性能；此外，本专利技术的操作简单，原材料廉价易得，产物化学品质稳定性好，易于规模化生产。
[0035]本专利技术的一种硫改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1将丙烯腈单体和乳化剂在去离子水中混匀得到第一混合液，随后加入引发聚合反应的引发剂产生聚丙烯腈固体颗粒并真空干燥得到聚丙烯腈固体颗粒；步骤S2将聚丙烯腈固体颗粒与升华硫粉在球磨罐中球磨混合得到硫-聚丙烯腈混合物；步骤S3在氮气保护下，将硫-聚丙烯腈混合物加热进行碳化反应，经过冷却后得到硫改性聚丙烯腈材料。2.根据权利要求1所述的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述引发剂为引发剂溶液，以滴加方式滴加到第一混合液中。3.根据权利要求1所述的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，其特征在于：所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠中的一种。4.根据权利要求2所述的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种，所述引发剂与去离子水混合得到引发剂溶液。5.根据权利要求1所述的一种硫改性聚丙烯腈材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，先将二甲基亚砜、多壁碳纳米管、去离子水加入反应烧瓶中通过超...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂玉祖，倪文彬，孙庆娜，
申请(专利权)人：浙江正泰电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：