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

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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11为不同交联度SPAN正极材料的循环伏安曲线. 由图中可见， SPAN， SPAN-IR200和SPAN-IR300的放电还原峰分别约在1.35， 1.44和1.56 V，放电电位随交联度增加而明显提高. 3组试样的氧化电位都位于2.4 V左右. 随交联度增加， 3组试样的氧化还原电位差减小，表明氧化还原反应的可逆性提高. SPAN-IR200和SPAN-IR300在3次循环下的CV曲线比SPAN重合度更好，且峰位置偏移更小，证明PAN经辐照交联和半碳化及硫化后制备的电池具有更好的稳定性和循环可逆性.