[发明专利]基于静电纺丝技术的硫化聚丙烯腈柔性正极及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于静电纺丝技术的硫化聚丙烯腈柔性正极及其制备方法，所述方法包括以下步骤：将硫、聚丙烯腈和碳纳米管在二甲基甲酰胺溶剂中混合均匀，得到静电纺丝溶液，所述碳纳米管与聚丙烯腈的质量比为5～30：100，再将得到的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到静电纺丝膜；然后将得到的静电纺丝膜硫化后得到硫化聚丙烯腈柔性正极，即得。本发明通过硫、聚丙烯腈和碳纳米管共同制得静电纺丝，再将制得的静电纺丝直接制成柔性硫基正极，得到了具有多孔结构的复合纤维正极材料，并且由该纤维柔性电极制成的锂硫电池进行测试，在碳酸酯类电解液中该电池可获得首放电容量1700mAh/g，循环稳定200圈以上，容量保持率高于80％。

技术领域

本发明涉及一种柔性正极及其制备方法，具体涉及一种基于静电纺丝技术的硫化聚丙烯腈柔性正极及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。

背景技术

锂硫电池因其较高的比能量密度获得广泛关注。研究最多的硫电极制备思路是将硫填充到多孔碳中形成硫碳复合材料用作锂硫电池的正极，以此缓解硫溶于电解液生成多种中间产物的问题。另一个思路，就是采用硫化聚丙烯腈复合物做正极，将硫与聚丙烯腈通过化学键相连形成复合物，将硫以更小的链长限制在高分子结构中。自2002年以来，科学家对其机理、性能等方面做了大量研究，与硫碳的复合物相比，硫化聚丙烯腈复合材料能有效抑制多硫化物中间产物溶于电解液造成的穿梭问题，同时还可以使用锂离子电池常用碳酸酯类电解液，使这种材料更加接近实用化。

目前所有的硫化聚丙烯腈复合材料均为颗粒状，即便有发表的文章中制备了柔性材料，但是在制备电极时仍然使用传统调浆方法将电极材料涂覆在集流体上。而静电纺丝是一个很好的制备柔性材料的方法，将其应用于柔性电极的制备成为一种发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于静电纺丝技术的硫化聚丙烯腈柔性正极及其制备方法，该制备方法通过硫、聚丙烯腈和碳纳米管共同制得静电纺丝，再将制得的静电纺丝直接制成柔性正极，得到了具有多孔结构的复合纤维正极材料，并且由该柔性正极制成的电池放电容量高，循环稳定性高。

除非特别指明，本文中的“PAN”均指“聚丙烯腈”。

除非特别指明，本文中的“CNT”均指“碳纳米管”。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于静电纺丝技术的硫化聚丙烯腈柔性正极的制备方法，包括以下步骤：

1)将硫、聚丙烯腈和碳纳米管在二甲基甲酰胺溶剂中混合均匀得到静电纺丝溶液，所述碳纳米管与聚丙烯腈的质量比为5～30：100；

2)再将步骤1)中得到的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到静电纺丝膜；

3)然后将步骤2)中得到的静电纺丝膜硫化后得到聚丙烯腈柔性正极，即得。

进一步地，在骤1)中，所述碳纳米管与聚丙烯腈的质量比为15～20：100。

进一步地，所述碳纳米管与聚丙烯腈的质量比为20：100。

进一步地，在步骤1)中，所述硫与聚丙烯腈的质量比为1～7：1～5。

进一步地，所述硫与聚丙烯腈的质量比为7：4。

进一步的，在步骤1)中，所述聚丙烯腈与二甲基甲酰胺的质量比为7～12：100。

进一步地，在步骤3)中，将所述静电纺丝膜以2℃/min的升温速率升温至350～450℃，加热6～12小时进行硫化。

进一步地，将所述静电纺丝膜通过包括以下步骤的方法进行硫化：以2℃/min的升温速率，先升温至155℃加热0～3小时后，再升温至400℃，加热6～12小时进行硫化。