[发明专利]在中空硫球表面包覆聚吡咯的方法

说明书

本发明涉及一种在中空硫球表面包覆聚吡咯的方法，属于锂硫电池正极材料领域。本发明以包覆在中空硫球表面的MnO₂作为氧化剂引发吡咯在中空硫球和溶液固液界面原位聚合。在该反应中，先合成中空硫球，然后通过简单的高锰酸钾溶液氧化在硫球表面包覆MnO₂，最后利用MnO₂在稀盐酸中的强氧化性，在中空硫球和溶液固液界面原位均匀包覆聚吡咯。本发明相比于传统的直接将氧化剂加到液相中引发吡咯聚合的包覆方法，能使吡咯有效均匀地包覆在中空硫球表面。

技术领域

本发明涉及一种在中空硫球表面包覆聚吡咯的方法，属于锂硫电池正极材料领域。

背景技术

中空硫球作为锂硫电池的正极材料具有导电性差的缺点，在中空硫球表面包覆具有良好导电性的聚吡咯可改善其导电性。目前聚吡咯包覆的常用方法是将氧化剂直接加入液相体系中，引发吡咯聚合。采用传统的聚吡咯包覆方法，不能保证包覆的均匀性和有效性，会有一些聚吡咯未被有效包覆在硫球表面。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法保证包覆均匀性和有效性的问题，提供一种在中空硫球表面均匀包覆聚吡咯的方法，该方法采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)作为软模板剂合成中空硫球，然后通过简单的高锰酸钾溶液氧化，使中空硫球表面的PVP-K30被MnO₂取代，最后利用MnO₂在酸性条件下的强氧化性引发吡咯在中空硫球和溶液固液界面发生原位聚合，使聚吡咯均匀地包覆在中空硫球表面。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种在中空硫球表面包覆聚吡咯的方法，具体步骤如下：

步骤一、将PVP-K-30和硫代硫酸钠溶于去离子水中，再加入浓盐酸，直至反应完全，然后离心洗涤后得到中空硫球；PVP-K-30和硫代硫酸钠的质量比是1：50，硫代硫酸钠和浓盐酸的物质的量比是1：2。

步骤二、将步骤一得到的中空硫球均匀分散于去离子水中，然后加入过量高锰酸钾，升温至70℃直至中空硫球表面的PVP-K-30反应完全，降至室温、离心洗涤，得到S-MnO₂球；中空硫球表面PVP-K-30被高锰酸钾氧化去除，高锰酸钾被还原成MnO₂包覆在硫球表面。

步骤三、将步骤二得到的S-MnO₂球均匀分散于去离子水中，再依次加入十二烷基硫酸钠和吡咯搅拌，搅拌均匀得到混合液；S-MnO₂球质量为十二烷基硫酸钠质量的10倍以下；吡咯与S-MnO₂的质量比为1:1；

步骤四、向步骤三得到的混合液中加入过量稀盐酸引发聚合，反应完全，即聚吡咯完全包覆后，得到表面包覆聚吡咯的中空硫球。利用MnO₂在酸性溶液中的强氧化性在中空硫球和溶液固液界面原位引发吡咯聚合包覆，该反应中MnO₂被聚吡咯取代。保证稀盐酸中溶质的物质的量是MnO₂物质的量的4倍以上。

步骤一所述浓盐酸的质量分数36％～38％；

步骤四所述的稀盐酸浓度为3mol/L；

有益效果

1.本发明的一种在中空硫球表面包覆聚吡咯的方法，利用硫球表面均匀包覆的MnO₂在酸性条件下的强氧化性，引发吡咯在中空硫球和溶液固液界面进行原位聚合，所以聚吡咯包覆的更加均匀。

2.本发明的一种在中空硫球表面包覆聚吡咯的方法，由于MnO₂均匀有效地包覆在硫球表面，所以它与稀盐酸在中空硫球和溶液固液界面的反应引发合成的聚吡咯都有效包覆在硫球表面。