锂离子电池电极活性物质的制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池电极活性物质的制备方法，其包括：将单质硫与聚丙烯腈混合，形成一混合物；在真空或保护气氛中250℃至500℃温度范围加热该混合物，得到一含硫复合材料；以及将该含硫复合材料在液相介质中与单质硫的还原剂反应，从而部分去除该含硫复合材料中的硫，得到硫化聚并吡啶。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，其包括：将单质硫与聚丙烯腈混合，形成一混合物；在真空或保护气氛中250℃至500℃温度范围加热该混合物，得到一含硫复合材料；以及将该含硫复合材料在液相介质中与单质硫的还原剂反应，从而部分去除该含硫复合材料中的硫，得到硫化聚并吡啶。【专利说明】
本专利技术涉及一种，尤其涉及一种含硫。
技术介绍
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粉混合并加热可使聚丙烯腈热解并与硫复合，制备出具有化学活性的可导电的含硫复合材料。该含硫复合材料可作为锂离子电池的正极活性物质，且具有较高的首次放电比容量。请参阅硫化聚丙烯腈锂离子电池的制备，任建国等，《电池》，Vol38，No 12, p73-74 (2008)。然而，虽然该含硫复合材料作为正极活性物质时具有较高的首次放电比容量，但随着充放电循环的不断进行，充放电容量也随之不断降低，使电池的容量保持率大幅降低，导致电池的循环性能较差。上述文章中揭露的锂离子电池的首次放电容量为906.4 mAh, 20次循环后衰减到740.0 mAh，容量保持率为81.7 %。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种，使用该方法制备的锂离子电池电极活性物质具有较高容量保持率及比容量。一种，其包括:将单质硫与聚丙烯腈混合，形成一混合物；在真空或保护气氛中250°C至500°C温度范围加热该混合物，得到一含硫复合材料；以及将该含硫复合材料在液相介质中与单质硫的还原剂反应，从而部分去除该含硫复合材料中的硫，得到硫化聚并吡啶。该在将硫与聚丙烯腈复合后，进一步通过在液相介质中还原单质硫的方法，将部分硫从含硫复合材料中去除，这一方法能够提高锂离子电池的容量保持率，使多次循环后的锂离子电池仍然具有较高的充放电容量。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例的流程图。图2为本专利技术实施例硫化聚并吡啶、单质硫及聚并吡啶的拉曼光谱比较图。图3为本专利技术实施例锂离子电池充放电电压曲线图。【具体实施方式】以下将结合附图详细说明本专利技术实施例的。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种，其包括: SI，将单质硫与聚丙烯腈混合，形成一混合物；S2，在真空或保护气氛中250°C至500°C温度范围加热该混合物，得到一含硫复合材料；以及 S3，将该含硫复合材料在液相介质中与单质硫的还原剂反应，从而部分去除该含硫复合材料中的硫，得到硫化聚并吡啶。在该步骤SI中，该单质硫及聚丙烯腈为固固混合，均可以为粉末或颗粒状，该两种粉末或颗粒可通过搅拌的方式均匀混合。所述聚丙烯腈的分子量不限，优选为1000-100000。单质硫与聚丙烯腈的加入量没有特定要求，一般地，该单质硫与聚丙烯腈的质量比可以为1:2至10:1。在该步骤S2中，该在真空或保护气氛中的加热步骤一方面可以使该聚丙烯腈发生环化反应，形成聚并吡唳(poly (pyridinopyridine), PPY)基体，另一方面使单质硫被加热至气态，从而均匀分散至聚并吡啶基体表面。该聚并吡啶基体包括如下的式(I)所示的结构单元。其中，η为大于I的整数。【权利要求】1.一种，其包括: 将单质硫与聚丙烯腈混合，形成一混合物； 在真空或保护气氛中250°C至500°C温度范围加热该混合物，得到一含硫复合材料；以及 将该含硫复合材料在液相介质中与单质硫的还原剂反应，从而部分去除该含硫复合材料中的硫，得到硫化聚并吡啶。2.如权利要求1所述的，其特征在于，该单质硫的还原剂为硼氢化钾或水合肼。3.如权利要求1所述的，其特征在于，该单质硫与聚丙烯腈的质量比为1:2至10:1。4.如权利要求1所述的，其特征在于，该将含硫复合材料在液相介质 中与单质硫的还原剂反应的步骤包括以下步骤: 将该含硫复合材料放入一盛有该液相介质的容器中； 通过机械搅拌或超声振荡将该含硫复合材料在该液相介质中进行均匀分散； 向该容器中加入该单质硫的还原剂，并继续机械搅拌或超声振荡，使该还原剂溶解于该液相介质中并与该含硫复合材料进行反应；以及 将得到的硫化聚并吡啶从该液相介质中分离提纯。5.如权利要求4所述的，其特征在于，在机械搅拌或超声振荡的同时加热该液相介质，该加热温度为90°C至150°C。6.如权利要求1所述的，其特征在于，该将含硫复合材料在液相介质中与单质硫的还原剂反应的步骤包括以下步骤: 将该含硫复合材料及该还原剂一并放入一盛有该液相介质的容器中； 通过机械搅拌或超声振荡将该含硫复合材料在该液相介质中进行均匀分散的同时使该还原剂溶解于该液相介质中并与该含硫复合材料进行反应；以及 将得到的硫化聚并吡啶从该液相介质中分离提纯。7.如权利要求1所述的，其特征在于，进一步包括步骤:将所述硫化聚并吡啶中的多硫基团Sx电化学还原成单质硫。8.如权利要求7所述的，其特征在于，该电化学还原的电位为1.75V至1.7V (对Li+/Li)。9.如权利要求1所述的，其特征在于，该保护气氛为惰性气体及氮气中的至少一种。10.如权利要求1所述的，其特征在于，该加热混合物的步骤在密闭环境中进行。11.如权利要求1所述的，其特征在于，该硫化聚并吡啶中硫的质量百分含量小于或等于41%。12.如权利要求1所述的，其特征在于，该加热混合物的温度范围为320°C至400°C。13.如权利要求1所述的，其特征在于，该硫化聚并吡啶包括多硫基团Sx及聚并吡啶基体，该多硫基团与该聚并吡啶基体通过共价键结合，其中X为I至8之间的整数。14.如权利要求13所述的，其特征在于，该硫化聚并吡啶包括一结构单元，该结构单元的结构式为: 【文档编号】H01M4/60GK103531748SQ201210233406【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2012年7月6日【专利技术者】何向明, 王莉, 李建军, 高剑 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池电极活性物质的制备方法，其包括：将单质硫与聚丙烯腈混合，形成一混合物；在真空或保护气氛中250℃至500℃温度范围加热该混合物，得到一含硫复合材料；以及将该含硫复合材料在液相介质中与单质硫的还原剂反应，从而部分去除该含硫复合材料中的硫，得到硫化聚并吡啶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何向明，王莉，李建军，高剑，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：