本发明涉及一种制备聚吡咯包覆的硫基复合材料的方法。
背景技术：
随着科学技术与经济的快速发展，人们对于能源的需求日益剧增，同时也面临着化石能源等不可再生能源日益枯竭，环境污染日趋严重的问题，人类共同的能源危机意识不断增加。人们在不断寻求海洋能、风能、太阳能等可再生能源的同时，能源技术和与能源技术相关的能源材料技术，也越来越成为社会关注的焦点。二次锂离子电池自20世纪90年代由日本索尼公司首次推出以来，以其能量密度高、工作电压高、循环寿命长、自放电率小等优势占据了便捷式电子产品的主要市场。目前商业化的锂离子电池一般以钴酸锂licoo2为正极材料，而这种化合物的理论容量较低、价格昂贵还具有一定的毒性，难以满足当代社会对高容量、高密度储能体系的发展需求。
以单质硫为正极材料，金属锂为负极材料的锂硫二次电池得到人们的广泛关注，成为近些年来极具活力的研究领域。这是因为单质硫具有很高的理论比容量（1675ma·h/g）和理论能量密度（2600w·h/kg），不仅如此，单质硫还具有地球含量丰富、无毒环保、易加工、价格低廉等优势。因此，锂硫电池被公认为是下一代最具前景的高比能量新型二次电池体系，其发展前景一片光明。但是，锂硫电池在商业化发展之路上还面临几个难以攻克的堡垒。首先，单质硫和放电终产物硫化锂li2s在室温下表现出电子绝缘性和离子绝缘性，使得硫电极的导电性很差；其次，锂硫电池在循环过程中发生硫相态变化的多电子反应，在这个过程中，一些放电产物多硫化锂易溶于有机电解液中，并向锂负极扩散，导致了硫活性物质和容量的不可逆流失的“穿梭效应”。最后，由于单质硫和放电产物密度差异，导致在充放电过程中硫电极出现严重的体积变化，可能使电极材料在循环过程中发生结构坍塌，材料粉化现象。
针对上述锂硫电池出现的问题，研究者将硫与其它材料包括碳材料、导电聚合物、金属氧化物以及金属有机框架等复合得到硫基复合正极材料，通过对材料进行碳包覆、空心化、纳米化和多孔化处理，来改善电极材料的导电性，抑制体积变化保持稳定结构，提高电池的电化学性能。锂硫电池大多数出色的研究成果都是在相对较低的面积载硫量（＜2mg/cm2）条件下获得的，值得一提的是，当载硫量为2mg/cm2时，即使硫利用率达到100%，面积比容量也仅能达到3.35ma·h/cm2，但这远远不能满足实际需要。从提高锂硫电池实用意义的角度，获得高载硫量和高面积比容量的锂硫电池更具挑战性。
在研究过程中，选择合适的电极材料作为锂硫电池正极材料十分关键。导电聚合物在锂硫电池中的应用已久，这类材料不仅可以提高硫电极的导电性，还可以对聚硫化物产生吸附作用。而聚吡咯ppy作为其中的一员，在锂硫电池的应用中具有独特的优势，首先，ppy具有比其它聚合物材料更好的导电性、稳定性和电化学性能；其次，ppy合成工艺简单，成本低，对环境友好。此外，ppy与单质硫和电解液都有一定的相容性，在复合材料中，可以发挥导电剂、分散剂和吸收剂等多重作用。ppy不仅对多硫化物起到物理限域，其中的氮原子还可以与多硫化物以化学力结合，对多硫化物起到强有力的束缚，减缓循环中的“穿梭效应”。最后，ppy良好的柔韧性和自我修复能力，可以在缓冲硫电极循环过程中出现的体积效应中发挥有利作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种制备聚吡咯包覆的硫基复合材料的方法。
本发明通过下面技术方案实现：
一种制备聚吡咯包覆的硫基复合材料的方法，包括如下步骤：向蒸馏烧杯中加入py，安装到旋转蒸发器上，在54-58℃下进行蒸馏提纯，获得提纯后的py放入冰箱中低温保存；将15-25份fecl3•6h2o溶于50-60份去离子水中，搅拌溶解得fecl3溶液；将90-100份去离子水置于烧杯中，加入10-20份对甲苯磺酸钠，用玻璃棒搅拌10-20min，置于2-4℃的冰水浴锅中进行磁力搅拌，加入5-7份提纯后的py，分3次缓慢加入，搅拌20-30min，将配制的fecl3溶液逐滴滴加到上述溶液中，控制温度在2-4℃反应14-16h；将上述反应后的黑色溶液，用去离子水和酒精交替离心洗涤，洗至滤液无色后，将黑色沉淀放入恒温干燥箱内于45-55℃干燥23-25h后研磨收集得到颗粒状ppy；将12-16份升华硫溶于40-50份浓度为30mg/ml的cs2溶液中；将5-7份ppy加入烧杯内置于恒温水浴锅内，向上述烧杯逐滴滴加上述混合溶液，将水浴锅温度控制在44-46℃环境下进行磁力搅拌，为避免cs2蒸发速度过快导致混合不均匀，在烧杯上包上一层打孔的保鲜膜形成半封闭状态，搅拌7-9h后待溶液完全蒸发，将反应后的烧杯放入烘箱内于45-55℃干燥23-25h，取出烧杯中的样品，放入研钵中充分研磨即得；各原料均为重量份。
优选地，所述的方法中，在56℃下进行蒸馏提纯。
优选地，所述的方法中，用玻璃棒搅拌15min。
优选地，所述的方法中，置于3℃的冰水浴锅中进行磁力搅拌。
优选地，所述的方法中，控制温度在3℃反应15h。
优选地，所述的方法中，将黑色沉淀放入恒温干燥箱内于50℃干燥24h。
优选地，所述的方法中，将水浴锅温度控制在45℃环境下进行磁力搅拌。
优选地，所述的方法中，搅拌8h。
本发明技术效果：
该方法简便、快捷、易操作，制备的聚吡咯包覆的硫基复合材料具有优异的电化学性能，应用前景广阔，可大规模制备。
具体实施方式
下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容。
实施例1
一种制备聚吡咯包覆的硫基复合材料的方法，包括如下步骤：向蒸馏烧杯中加入py，安装到旋转蒸发器上，在56℃下进行蒸馏提纯，获得提纯后的py放入冰箱中低温保存；将20份fecl3•6h2o溶于55份去离子水中，搅拌溶解得fecl3溶液；将95份去离子水置于烧杯中，加入15份对甲苯磺酸钠，用玻璃棒搅拌15min，置于3℃的冰水浴锅中进行磁力搅拌，加入6份提纯后的py，分3次缓慢加入，搅拌25min，将配制的fecl3溶液逐滴滴加到上述溶液中，控制温度在3℃反应15h；将上述反应后的黑色溶液，用去离子水和酒精交替离心洗涤，洗至滤液无色后，将黑色沉淀放入恒温干燥箱内于50℃干燥24h后研磨收集得到颗粒状ppy；将14份升华硫溶于45份浓度为30mg/ml的cs2溶液中；将6份ppy加入烧杯内置于恒温水浴锅内，向上述烧杯逐滴滴加上述混合溶液，将水浴锅温度控制在45℃环境下进行磁力搅拌，为避免cs2蒸发速度过快导致混合不均匀，在烧杯上包上一层打孔的保鲜膜形成半封闭状态，搅拌8h后待溶液完全蒸发，将反应后的烧杯放入烘箱内于50℃干燥24h，取出烧杯中的样品，放入研钵中充分研磨即得；各原料均为重量份。
实施例2
一种制备聚吡咯包覆的硫基复合材料的方法，包括如下步骤：向蒸馏烧杯中加入py，安装到旋转蒸发器上，在54℃下进行蒸馏提纯，获得提纯后的py放入冰箱中低温保存；将15份fecl3•6h2o溶于50份去离子水中，搅拌溶解得fecl3溶液；将90份去离子水置于烧杯中，加入10份对甲苯磺酸钠，用玻璃棒搅拌10min，置于2℃的冰水浴锅中进行磁力搅拌，加入5份提纯后的py，分3次缓慢加入，搅拌20min，将配制的fecl3溶液逐滴滴加到上述溶液中，控制温度在2℃反应14h；将上述反应后的黑色溶液，用去离子水和酒精交替离心洗涤，洗至滤液无色后，将黑色沉淀放入恒温干燥箱内于45℃干燥23h后研磨收集得到颗粒状ppy；将12份升华硫溶于40份浓度为30mg/ml的cs2溶液中；将5份ppy加入烧杯内置于恒温水浴锅内，向上述烧杯逐滴滴加上述混合溶液，将水浴锅温度控制在44℃环境下进行磁力搅拌，为避免cs2蒸发速度过快导致混合不均匀，在烧杯上包上一层打孔的保鲜膜形成半封闭状态，搅拌7h后待溶液完全蒸发，将反应后的烧杯放入烘箱内于45℃干燥23h，取出烧杯中的样品，放入研钵中充分研磨即得；各原料均为重量份。
实施例3
一种制备聚吡咯包覆的硫基复合材料的方法，包括如下步骤：向蒸馏烧杯中加入py，安装到旋转蒸发器上，在58℃下进行蒸馏提纯，获得提纯后的py放入冰箱中低温保存；将25份fecl3•6h2o溶于60份去离子水中，搅拌溶解得fecl3溶液；将100份去离子水置于烧杯中，加入20份对甲苯磺酸钠，用玻璃棒搅拌20min，置于4℃的冰水浴锅中进行磁力搅拌，加入7份提纯后的py，分3次缓慢加入，搅拌30min，将配制的fecl3溶液逐滴滴加到上述溶液中，控制温度在4℃反应16h；将上述反应后的黑色溶液，用去离子水和酒精交替离心洗涤，洗至滤液无色后，将黑色沉淀放入恒温干燥箱内于55℃干燥25h后研磨收集得到颗粒状ppy；将16份升华硫溶于50份浓度为30mg/ml的cs2溶液中；将7份ppy加入烧杯内置于恒温水浴锅内，向上述烧杯逐滴滴加上述混合溶液，将水浴锅温度控制在46℃环境下进行磁力搅拌，为避免cs2蒸发速度过快导致混合不均匀，在烧杯上包上一层打孔的保鲜膜形成半封闭状态，搅拌9h后待溶液完全蒸发，将反应后的烧杯放入烘箱内于55℃干燥25h，取出烧杯中的样品，放入研钵中充分研磨即得；各原料均为重量份。
该方法简便、快捷、易操作，制备的聚吡咯包覆的硫基复合材料具有优异的电化学性能，应用前景广阔，可大规模制备。