一种锂硫电池硫正极浆料及其制备方法、锂硫电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池硫正极浆料，以阿拉伯胶作为单质硫和导电剂的粘结剂，用水作为溶剂。本发明专利技术利用价格低廉、安全绿色的阿拉伯胶为锂硫二次电池正极材料粘结剂，显著提高了硫正极的电化学性能。本发明专利技术同时还提供了一种锂硫电池硫正极浆料的制备方法，以及锂硫电池的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂硫电池正极材料，更具体地说，是一种改性的硫电极，以及锂硫电池的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高，自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽、循环寿命长等优点，是目前综合性能较好的二次电池体系，并已广泛应用于手机、数码相机和笔记本电脑等便携式电子设备上。然而随着电子电动设备的不断发展，尤其是近年来电动汽车和混合动力汽车的兴起，传统锂离子电池已经越来越难以满足人们对于电池能量的需求。传统锂离子电池正极材料以过渡金属氧化物为主(如LiCoO2、LiMnO2和LiFePO4等)，虽然具有循环寿命长、安全性好等优点，但是受到其相对较低的理论比容量限制，难以满足动力电池对高能量密度的需求。锂硫电池是以单质硫为正极，金属锂为负极的电池体系。单质硫拥有1675mAh·g-1的理论比容量，对应的锂硫电池拥有2600Wh·kg-1的理论比能量，是目前商业化锂离子电池实际所能达到的近10倍左右，同时活性物质硫的来源广泛，价格低廉，环境友好，因此锂硫电池被认为是最具潜力新一代高能储能体系之一(参见：Manthiram,A.,S.H.Chung,andC.Zu,Lithium-sulfurbatteries:progressandprospects[J].AdvMater,2015.27(12):1980-2006.)。尽管锂硫电池拥有如此的诱人的优点，但该体系仍然存在着一些问题，导致其商业化进程缓慢。这些问题包括硫及还原产物Li2S的电子、离子传导性差，充放电过程电极体积变化大，中间产物在电解液中的具有溶解性以及伴随的“穿梭效应”等，导致锂硫电池的循环寿命较差(参见：Fang,X.andH.Peng,Arevolutioninelectrodes:recentprogressinrechargeablelithium-sulfurbatteries[J].Small,2015.11(13):1488-511.)。近年来，各类的硫碳复合物材料被合成，并有效提高了锂硫电池的电化学性能，然后复杂且昂贵的特殊结构碳材料制备并不适用于工业化生产，而采用多功能粘结剂有望简单而有效的达到提升电池性能的目的。在电池中，粘结剂一般是将活性物质粘结到集流体上，在充放电过程中被用以维持电极的结构完整性，确保电子通路，保证电池正常运行的高分子材料，是影响电池性能的至关重要的因素。现在用于锂硫电池正极材料的粘结剂仍以传统的聚偏氟乙烯(PVDF)为主。阿拉伯胶也称为阿拉伯树胶，来源于豆科的金合欢树属的树干渗出物，主要由高分子多糖类及蛋白质组成，包括树胶醛糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、羟脯氨酸、丝氨酸等，分子量一般为22-30万左右，来源广泛，价格低廉，绿色环保。(参见：D.Renard,L.Lavenant-Gourgeon,M.C.Ralet,C.Sanchez,Biomacromolecules2006,7,2637.)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种价格低廉，安全环保、易于工业化，可显著提高硫正极电化学性能的锂硫电池硫正极浆料；本专利技术的另一目的是提供上述锂硫电池硫正极浆料的制备方法；本专利技术的又一目的是提供上述利用上述锂硫电池正极制备锂硫电池的方法。一种锂硫电池硫正极浆料，以阿拉伯胶作为单质硫和导电剂的粘结剂，用水作为溶剂。优选的，所述导电剂为炭黑导电剂；优选SuperP、SuperS、碳纳米管或石墨导电剂。优选的，所述superP与单质硫的重量比为1：(1-9)；优选1：3。优选的，所述阿拉伯胶：单质硫：导电剂的质量比为0.2：(0.4-0.6)：(0.05-0.4)，最佳为0.2：0.2：0.6。优选的，所述阿拉伯胶与水的比例关系为0.2g/2.5ml。上述的锂硫电池硫正极浆料的制备方法，将粘结剂溶解分散于水中形成粘结剂溶液，将单质硫和导电剂，研磨均匀，加入粘结剂溶液中，搅拌至混合均匀，即可。一种锂硫电池的制备方法，包括如下步骤：1)将铝箔依次用去离子水和丙酮清洗，干燥；2)将上述的浆料倒在清洗干燥后的铝箔上，用刮刀均匀地将浆料涂覆在铝箔的毛面，干燥；3)将步骤2)干燥好的铝箔取出，作为电池的正极电极片。4)将所述干燥的正电极极片转移入手套箱中，以金属锂片为对电极，组装成扣式电池，添加电解液，将组装的电池封口，静置3h。优选地，所述步骤1)中，铝箔裁成直径为14mm的圆片，所述步骤3)中，取出干燥的铝箔后裁成直径为14mm的圆片，所述步骤4)中，金属锂片直径为15.8mm。优选的，所述步骤2)中，所述干燥的过程采用先真空干燥再常压干燥的方法；优选的，真空干燥的温度为60℃、干燥时间为8h；优选的，常压干燥的温度为80℃、干燥时间为2h。优选的，所述步骤2)中，刮刀的使用厚度为150～600μm。优选的，所述步骤4)中，所述电解液为：以1M的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)为导电锂盐，体积比为1:1的DME(乙二醇二甲醚)/DOL(1,3-二氧戊环)为溶剂，并加入1％的LiNO3为添加剂。优选的，所述电解液的加入量为50μl/mgS。本专利技术有益效果：本专利技术利用价格低廉、安全绿色的阿拉伯胶为锂硫二次电池正极材料粘结剂，巧妙的结合利用最为环保和廉价的溶剂--水，显著提高了硫正极的电化学性能。因此本专利技术所述的锂硫电池正极材料粘结剂具有较高的性价比和较好的市场应用价值。阿拉伯胶是一种安全无害的增稠剂，具有水溶性，可以用水做粘结剂，避免了采用传统粘结剂是有毒有机溶剂的使用，使得电极制备过程更加绿色环保。以阿拉伯胶作为正极材料粘结剂，可以提供更加均匀而强韧的电极结构，而阿拉伯胶良好的弹性可以缓冲电极体积变化。同时，阿拉伯胶上丰富的官能团可以与硫正极充放电中间产物聚硫离子形成化学键合，有效抑制聚硫离子的溶解和穿梭。利用阿拉伯胶物理和化学两方面的双重功能，显著提高了锂硫电池的循环性能。具体效果分析请参见下面实施例的对比检测分析。附图说明图1为实施例1、2、3中电池的循环对比图，图中显示以阿拉伯胶为粘结剂时，硫正极表现出更高的容量和更稳定的循环稳定性；图2为实施例3中的电极表面电镜照片和元素S、C元素分布，图中显示以阿拉伯胶为正极粘结剂时，电极具有均匀的结构和活性物质分布；其中：图2a为电极表面电镜照片；图2b为C元素分布图；图2c为S元素分布图；图3为实施例5中的电池循环性能图，图中显示在硫碳比高达3：1时，以阿拉伯胶为粘结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池硫正极浆料，其特征在于：以阿拉伯胶作为单质硫和导电剂的粘结剂，用水作为溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池硫正极浆料，其特征在于：以阿拉伯胶作为单质硫和导电剂的粘结剂，
用水作为溶剂。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池硫正极浆料，其特征在于：所述导电剂为炭黑导电剂；
优选SuperP、SuperS、碳纳米管或石墨导电剂。
3.根据权利要求2所述的锂硫电池硫正极浆料，其特征在于：所述superP与单质硫的
重量比为1：(1-9)；优选1：3。
4.根据权利要求1所述的锂硫电池硫正极浆料，其特征在于：所述阿拉伯胶：单质硫：
导电剂的质量比为0.2：(0.4-0.6)：(0.05-0.4),优选为0.2：0.2：0.6。
5.根据权利要求1所述的锂硫电池硫正极浆料，其特征在于：所述阿拉伯胶与水的比例
关系为0.2g/2.5ml。
6.一种权利要求1至5之一所述的锂硫电池硫正极浆料的制备方法，其特征在于：将粘
结剂溶解分散于水中形成粘结剂溶液，将单质硫和导电剂，研磨均匀，加入粘结剂溶液中，
搅拌至混合均匀，即可。
7.一种锂硫电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将铝箔依次用去离子水和丙酮清洗，干燥；
2)将权利要求1-5任一项所述的浆料倒在清洗干燥后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林展，刘培杨，李高然，高学会，刘杰，汪倩倩，
申请(专利权)人：青岛能迅新能源科技有限公司，林展，
类型：发明
国别省市：山东;37