锂硫电池正极材料：硫化聚丙烯腈

在一定温度下，有机聚合物会与硫单质发生脱氢硫化反应，生

成导电聚合物

——硫（S）复合材料，这类材料以导电高分子为主链，

能够提高正极材料的导电性和结构稳定性，而发生氧化还原反应的

S-S 基团则以化学键连接在主链上，这样一来，大部分 S 元素在放电

时仍在正极材料附近，进而确保了电池的循环稳定性

［

1］

。这种有机

聚合物的种类很多，如聚二乙基硅氧烷

［

2］

、聚苯乙烯

［

3］

、聚（

2-甲

基

-5-乙烯基吡啶）

［4］

以及聚氯乙烯

［

5］

等。

一、硫化聚丙烯腈材料的制备及分析

近年来，一些课题组将聚丙烯腈（

PAN）与单质硫在一定条件

下反应，生成硫醇基团和多硫键，放电时再与金属锂反应，对锂进

行负载，再经过充电重新生成

S-S 键，循环往复，释放并储存能量。

由于此类复合材料的

S 原子是嵌入到含电子导电聚合物的母体中，

所以能够有效地抑制放电产物在电解液中的溶解，阻止电极在充放

电循环中的恶化。同时，这类复合材料在室温下的电子导电率较高，

在很大程度上提高了单质硫的电化学活性，改善了单质硫电极的导

电性，因此，以这类复合材料制成的电极可以在室温下以较大电流

进行充放电。由于复合材料与硫间的化学键合力占主导，在充放电过

程中，正极体积变化的绝对值和自放电现象也将大大降低，提高了

电池正极的循环寿命。

以

PAN 为前驱体

［

6］

，用单质硫在

300

℃下脱氢硫化，得到了一

类新颖的硫化聚丙烯腈（

S-PAN）导电性电极材料。S-PAN 材料的充