一种锂硫电池正极浆料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池正极浆料的制备方法，属于电池正极材料制备技术领域。为了解决现有的不易分散和循环稳定性差的问题，提供一种锂硫电池正极浆料的制备方法，包括按照正极浆料中各成分的质量百分数比例选取原料，先将硫正极活性物质、导电剂和固体分散剂预先进行干混成粉状混合料；然后向粉状混合料中加入溶剂进行混合均匀后，形成预混浆料；再向预混浆料中加入粘结剂进行混合，形成锂硫电池的正极浆料。本发明专利技术通过先进行干混结合分批加入溶剂后加粘结剂的处理，能够避免局部团聚现象，实现浆料混合均匀和节省混合时间的效果，提高浆料的稳定性；采用含有特殊官能团的分散剂、粘结剂，可抑制多硫化物迁移，提高充放电和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极浆料的制备方法
本专利技术涉及一种锂硫电池正极浆料的制备方法，属于电池正极材料制备

技术介绍
锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂电池，而单质硫理论放电比容量可达到1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的锂离子电池。因此，硫正极活性物质是目前具有最高比容量的正极材料，锂是金属元素中具有最小的相对原子质量和最负的标准电极电势。因此，锂硫电池具有高理论放电电压、高理论放电比容量、高理论比能量，有望满足电动汽车的长远发展要求，是一种非常有前景的锂电池。据报道，锂硫电池的实际比能量已达到350Whkg-1。但是，与锂离子电池相比，目前，锂硫电池容量衰减严重、循环性能较差且稳定性差。如中国专利申请(公开号：CN106410116A)公开了一种锂硫电池正极的制备方法，通过将溶剂、正极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂同时混合搅拌制备浆料，其主要是通过形成纳米孔、介孔、微米孔结构成分等级的多孔结构，使达到容纳硫正极材料的体积变化、抑制硫颗粒粉化和吸附多硫化物中间产物改善锂硫电池正极的性能，但是，该方法制备浆料所需时间较长，而且容易分散不均匀。
技术实现思路
本专利技术针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种锂硫电池正极浆料的制备方法，解决的问题是如何提高分散的均匀性使具有较好的充放电性能和提高加工效率。本专利技术的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种锂硫电池正极浆料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：A、按照正极浆料中各成分的质量百分数比例选取原料，先将硫正极活性物质、导电剂和固体分散剂预先进行干混形成粉状混合料；B、然后向粉状混合料中加入溶剂进行混合均匀后，形成预混浆料；C、再向预混浆料中加入粘结剂进行混合，最终形成锂硫电池的正极浆料。本专利技术先将固体的粉末颗粒硫正极活性物质、导电剂和固体分散剂进行预先进行混合，相当于直接进行固体粉末之间的干混处理，更容易使搅拌混合均匀，节省混合时间的效果；然后，通过加入溶剂，其目的是为了使粉状混合料在溶剂的湿润状态下进行混合，保证粉状混合料均匀分散在溶剂中，使在较短的时间内就能够达到均匀分散在溶剂体系内；而由于粘结剂本身具有粘结性，为避免硫正极活性物质、导电剂和固体分散剂可能被粘结剂局部粘结而导致三者之间的分散不均匀性，通过在最后加入粘结剂，从而有效避免分散不均的现象。在上述锂硫电池正极浆料的制备方法中，作为优选，步骤B中所述加入溶剂具体为：先向粉状的混合料中加入溶剂总用量的1％～35％进行第一次预混处理；然后，再加入溶剂总用量的3％～60％进行第二次预混处理；最后，再加入剩余的溶剂进行第三次预混处理后，得到相应的预混浆料。通过分三次加入溶剂，而先加入少量的溶剂润湿粉状混合料避免局部团聚能够达到均匀混合的作用；作为进一步的优选，所述第一次预混处理中加入溶剂的用量为溶剂总用量的20wt％～30wt％；所述第二次预混处理中加入溶剂的用量为溶剂总用量的50wt％～60wt％；所述第三次预混处理中加入溶剂的用量为溶剂总用量的20wt％～30wt％。最好按照1：3：1的用量比例分三次加入，使能够更进一步的保证分散性和混合的均匀性，有利于提高正极浆料的稳定性，提高充放电性能和循环稳定性。一般溶剂的总加入量可以根据实际需要进行调整，最好使溶剂的总加入量与正极浆料中硫正极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂的质量总的比为4:1～2:5之间，使得到的正极浆料具有较好的固含量范围要求，有利于制作成硫锂电池的正极片。在上述锂硫电池正极浆料的制备方法中，作为优选，步骤A中所述固体分散剂选自羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚苯胺、海藻酸、海藻酸钠和聚丙烯酸钠中的一种或几种。由于通过干混预混处理后使各物质之间呈现均匀的分散效果，这样，再结合采用这些固体分散剂本身具有羟基和/羧基等官能团结构，能够与充放电过程中形成的多硫化物中间产物形成键合，起到抑制多硫化物的迁移，从而实现降低其穿梭效应，提高活性物质的利用率；从而使作为正极浆料使用时能够有效提高锂硫电池的循环性能。作为进一步的优选，所述固体分散剂为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠的混合物，且所述海藻酸钠：羧甲基纤维素钠：聚丙烯酸钠的质量比为1：0.2～0.3：0.05～0.08。最好使固体分散剂中同时含有羟基和羧基官能团，这里的羧当然包括具有羧酸和羧酸盐的形式物质，有利于更进一步的提高充放电性能和循环次数的提高。原因是在充放电的过程中产生的多硫化物能够与羟基和羧基本身局部形成键合，能够更有效的抑制充放电过程中多硫化物的迁移，提高了活性物质的利用率。在上述锂硫电池正极浆料的制备方法中，作为优选，步骤C中所述粘结剂为含有1wt％～60wt％粘结剂的溶液；且所述粘结剂选自全氟磺酸溶液、聚四氟乙烯溶液、丁苯橡胶溶液、二甲基二烯丙基氯化铵溶液和聚偏氟乙烯溶液中的一种或几种。这些粘结剂也具有一些特殊的官能团，通过与分散剂之间的协同作用，同样，能够起到更好的抑制充放电过程中多硫化物的迁移，提高活性物质的利用率，实现提高循环性能的优点。在上述锂硫电池正极浆料的制备方法中，作为优选，所述硫正极活性物质的粒径为100nm～300nm。纳米级别的活性物质能缓解硫正极材料体积膨胀效应，有效地提高循环性能。在上述锂硫电池正极浆料的制备方法中，作为优选，步骤B中所述溶剂选自1-甲基-N-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、异丙醇、正丁醇、去离子水和蒸馏水中的一种或几种。原料成本相对较低，有利于降低电池制作成本。在上述锂硫电池正极浆料的制备方法中，作为优选，步骤A中所述导电剂选自乙炔黑、XC-72、BP2000、SuperP、PRINTEXXE-2、土状石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的一种或几种。作为进一步的优选，所述导电剂采用石墨烯和氧化石墨烯的混合物。在上述锂硫电池正极浆料的制备方法中，作为优选，所述锂硫电池正极浆料包括以下质量百分数的成分：硫正极活性物质：60wt％～98wt％；导电剂：1.0wt％～20wt％；固体分散剂：0.01wt％～10wt％：粘结剂：0.01wt％～20wt％；所述硫正极活性物质选自单质硫、有机硫化物、硫/碳复合材料和硫/聚合物复合材料中的一种或几种。综上所述，本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1.本专利技术通过先使硫正极活性物质、导电剂和固体分散体预先进行干混，使能够避免出现局部团聚现象，实现更容易混合均匀和节省混合时间的效果；然后，再使溶剂分批次加入和最后加入粘结剂，有效避免硫正极活性物质、导电剂和固体分散剂被粘结剂局部粘结而导致三者之间的分散不均匀性，提高浆料分散的均匀性和稳定性，使作为正极浆料时具有更高的循环性能。2.本专利技术通过使采用具有羟基和/羧基等官能团结构的分散剂，使能够与充放电过程中形成的多硫化物中间产物形成键合，起到抑制多硫化物的迁移，降低其穿梭效应，有效避免了活性物质的流失，提高活性物质的利用率和提高锂硫电池的循环性能。附图说明图1是本专利技术实施例1和比较例1得到的相应正极浆料制作成硫锂电池进行相应的循环性能测试图。图中，1、表示本专利技术实施例1中得到的相应正极浆料的循环性能测试结果；2、表示比较例1中得到的相应正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池正极浆料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：A、按照正极浆料中各成分选取原料，先将硫正极活性物质、导电剂和固体分散剂预先进行干混形成粉状混合料；B、然后向粉状混合料中加入溶剂进行混合均匀后，形成预混浆料；C、再向预混浆料中加入粘结剂进行混合，最终形成锂硫电池的正极浆料。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极浆料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：A、按照正极浆料中各成分选取原料，先将硫正极活性物质、导电剂和固体分散剂预先进行干混形成粉状混合料；B、然后向粉状混合料中加入溶剂进行混合均匀后，形成预混浆料；C、再向预混浆料中加入粘结剂进行混合，最终形成锂硫电池的正极浆料。2.根据权利要求1所述锂硫电池正极浆料的制备方法，其特征在于，步骤B中所述加入溶剂具体为：先向粉状的混合料中加入溶剂总用量的1％～35％进行第一次预混处理；然后，再加入溶剂总用量的3％～60％进行第二次预混处理；最后，再加入剩余的溶剂进行第三次预混处理后，得到相应的预混浆料。3.根据权利要求2所述锂硫电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述第一次预混处理中加入溶剂的用量为溶剂总用量的20wt％～30wt％；所述第二次预混处理中加入溶剂的用量为溶剂总用量的50wt％～60wt％；所述第三次预混处理中加入溶剂的用量为溶剂总用量的20wt％～30wt％。4.根据权利要求1或2或3所述锂硫电池正极浆料的制备方法，其特征在于，步骤A中所述固体分散剂选自羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚苯胺、海藻酸、海藻酸钠和聚丙烯酸钠中的一种或几种。5.根据权利要求7所述锂硫电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述固体分散剂为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠的混合物，且所述海藻...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳芳，赵亚，刘桐桐，杨冬生，翟博，刘俊军，
申请(专利权)人：浙江衡远新能源科技有限公司，山东衡远新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33