张诗昱, 何润合, 李永兵, 魏士俊, 张兴祥

高等学校化学学报 2022, 43 (3): 20210632-. DOI:10.7503/cjcu20210632

摘要（961）

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通过γ射线辐照交联异型聚丙烯腈(PAN)纤维解决了低分子量聚丙烯腈半碳化中的熔融坍塌问题, 提高了PAN的半碳化稳定性; 采用傅里叶变换红外光谱、元素分析及核磁共振波谱确定了辐照交联机理. 同时, 根据辐照产生的不同交联度与PAN硫化后载硫量的变化关系, 探讨了硫化聚丙烯腈(SPAN)锂硫电池正极材料的储硫机理. 利用拉曼光谱及X射线光电子能谱等分析手段表征了SPAN中硫原子的反应位置, 说明PAN主链上的亚甲基所在的碳为与硫化学结合的活性位点, 为探究SPAN结构提供了新的依据. 交联度升高对硫化后所形成的SPAN正极材料的电化学稳定性起促进作用, 容量保持率可提升至98%.

图1为异型截面PAN纤维的SEM照片. 可见，纤维平均直径约为10 μm，比一般湿法纺丝纤维的直径略小，属于细旦纤维，其截面为典型的狗骨头形状［15］（图1插图），截面宽度约为5 μm. 异型PAN纤维的数均分子量（M_n）约为4.3×104，重均分子量（M_w）约为7.2×104，多分散系数为1.667. 纤维分子量分布较均匀，但分子量较低，仅为碳纤维原丝的一半左右［22］，使得纤维在半碳化及硫化过程中易出现熔融塌陷，难以得到稳定的半碳化PAN.