一种锂硫电池的复合正极、其制备方法及锂硫电池技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池的复合正极、其制备方法及锂硫电池，因复合电极中包括锂盐，且通过锂盐可以提供离子传输通道，增加了硫与锂离子反应的活性接触面积，提供了复合电极中离子传输的微区环境，缩短了锂离子传输距离，使得锂离子可以在电极中进行快速传输，从而提高锂硫电池的性能。并且，由于锂盐具有稳定的化学结构和电化学性能，且不溶于锂硫电池的电解液，可以在电极中具有较好的亲和性，即使在长循环中也不会发生迁移，所以不仅可以对稳定硫电极和保持高效传输的锂离子通道结构具有较好的作用，还可以对锂硫电池的电化学性能有较大的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池的复合正极、其制备方法及锂硫电池
本专利技术涉及电化学
，尤指一种锂硫电池的复合正极、其制备方法及锂硫电池。
技术介绍
锂硫电池是一种由硫元素和金属锂构成的电池，其中正极材料一般为单质硫，负极材料一般为金属锂，因硫的比容量高达1675mAh/g，在搭配金属锂时，使得锂硫电池的理论能量密度为2600wh/kg，是一种高能量密度的电池，成为了目前研究的热点。然而，由于单质硫对于电子和离子的传输性能差，使得电化学性能较差，导致锂硫电池的性能较差。那么，如何提高锂硫电池的性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种锂硫电池的复合正极、其制备方法及锂硫电池，用以提高锂硫电池的性能。第一方面，本专利技术实施例提供了一种锂硫电池的复合正极，包括：单质硫、粘结剂、导电剂、以及锂盐；其中，所述锂盐包括羧酸锂盐、磺酸锂盐中的至少一种。可选地，所述复合电极具有核结构和壳结构；所述核结构包括单质硫、粘结剂与导电剂；所述壳结构包括锂盐。可选地，所述羧酸锂盐包括大分子羧酸锂盐和/或小分子羧酸锂盐；所述磺酸锂盐包括大分子磺酸锂盐和/或小分子磺酸锂盐。可选地，所述大分子羧酸锂盐包括聚丙烯酸锂；所述小分子羧酸锂盐包括草酸锂、丁二酸锂、己二酸锂中的至少一种。可选地，所述小分子磺酸锂盐包括对甲苯磺酸锂；所述大分子磺酸锂盐包括：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂盐的均聚物、以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂盐与第一单体的共聚物中的至少一种；其中，所述第一单体包括酯类单体和/或酰胺类单体。可选地，所述酯类单体包括丙烯酸丁酯和/或甲基丙烯酸丁酯。可选地，所述单质硫、所述导电剂、所述粘结剂、以及所述锂盐在所述复合正极中所占的质量百分比含量分别为50％-80％、2％-30％、5％-10％、以及2％-10％。第二方面，本专利技术实施例提供了一种本专利技术实施例提供的上述锂硫电池的复合正极的制备方法，包括以下步骤：将单质硫、粘结剂和导电剂混合后进行第一次球磨处理，得到第一物质；向所述第一物质中加入锂盐进行第二次球磨处理，得到第二物质；将所述第二物质涂布于集流体表面，并进行烘干、整形和裁片处理，得到复合正极。可选地，所述第一次球磨处理的时间为2h-4h；所述第二次球磨处理的时间为1min-20min；涂布量为1mg/cm2-5mg/cm2，所述烘干时的温度为30℃-60℃。第三方面，本专利技术实施例提供了一种锂硫电池，包括如本专利技术实施例提供的上述锂硫电池的复合正极。本专利技术有益效果如下：本专利技术实施例提供的一种锂硫电池的复合正极、其制备方法及锂硫电池，因复合电极中包括锂盐，且通过锂盐可以提供离子传输通道，增加了硫与锂离子反应的活性接触面积，提供了复合电极中离子传输的微区环境，缩短了锂离子传输距离，使得锂离子可以在电极中进行快速传输从而提高锂硫电池的性能。并且，由于锂盐具有稳定的化学结构和电化学性能，且不溶于锂硫电池的电解液，可以在电极中具有较好的亲和性，即使在长循环中也不会发生迁移，所以不仅可以对稳定硫电极和保持高效传输的锂离子通道结构具有较好的作用，还可以对锂硫电池的电化学性能有较大的提升。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的各种锂盐在锂硫电池电解液中的溶解情况的示意图；图2为本专利技术实施例中提供的一种锂盐与导电剂的结构示意图；图3为本专利技术实施例中提供的另一种锂盐与导电剂的结构示意图；图4为本专利技术实施例中提供的一种复合电极的制备方法的流程图；图5为实施例一对应的性能测试结果的示意图；图6为实施例二对应的性能测试结果的示意图；图7为实施例三对应的性能测试结果的示意图；图8为实施例四对应的性能测试结果的示意图；图9为实施例五对应的性能测试结果的示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例提供的一种锂硫电池的复合正极、其制备方法及锂硫电池的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种锂硫电池的复合正极，可以包括：单质硫、粘结剂、导电剂、以及锂盐；其中，锂盐包括羧酸锂盐、磺酸锂盐中的至少一种。在本专利技术实施例中，由于锂盐具有稳定的化学结构和电化学性能，且不溶于锂硫电池的电解液，如图1所示(其中，Ali表示己二酸锂，SLi表示丁二酸锂，OLi表示草酸锂)，可以在电极中具有较好的亲和性，即使在长循环中也不会发生迁移，所以不仅可以对稳定硫电极和保持高效传输的锂离子通道结构具有较好的作用，还可以对锂硫电池的电化学性能有较大的提升。并且，虽然本专利技术实施例中的羧酸锂盐或磺酸锂盐可以在电解液中进行部分离解，生成自由离子，但复合电极可以构筑良好的离子传输通道。因此，通过锂盐可以提供离子传输通道，增加了硫与锂离子反应的活性接触面积，提供了复合电极中离子传输的微区环境，缩短了锂离子传输距离，提高了复合电极的反应动力学性能，实现了锂离子在复合电极中的快速传输，降低了极化，提升了活性物质的利用率的作用，从而提高了锂硫电池的性能。可选地，在本专利技术实施例中，导电剂可以是炭黑，还可以是其他可以提供电子传输通道的导电剂，在此并不限定。对于粘结剂，可以是本领域技术人员所熟知的任何可以实现粘结作用的物质，例如但不限于LA132。在具体实施时，在本专利技术实施例中，复合正极中，粘结剂的作用可以理解为将单质硫、导电剂和锂盐粘结在一起，形成第一物质，且该第一物质可以是混合物，并不存在例如但不限于核壳结构。或者，第一物质还可以是核壳结构，具体地，如图2和图3所示，复合电极具有核结构和壳结构；核结构包括单质硫1、粘结剂4与导电剂2；壳结构包括锂盐3，当然，壳结构还可以包括粘结剂4和导电剂2。此时，锂盐3可以分散在导电剂2的表面，并没有形成包覆，如图3所示，其中，图3只是示出了锂盐3可以分散在核结构的表面，但并不限于图3中所示的这种分散情况和分散方式。当然，还可以是锂盐3包覆在核结构的表面(如图2所示，其中图2只是示出了包覆方式，在实际情况中的包覆结构并不限于图2所示)。只要能够通过锂盐为锂离子提供离子传输通道，提高锂硫电池的性能，单质硫、导电剂和锂盐之间的任何结构均属于本专利技术实施例所要保护的范围。在本专利技术实施例中，对锂盐进行选择时，可以为：锂盐包括羧酸锂盐，或锂盐包括磺酸锂盐，又或者锂盐包括羧酸锂盐和磺酸锂盐，在此并不限定，只要能够锂盐提供离子传输通道，提高锂硫电池的性能即可。下面分别对羧酸锂盐和磺酸锂盐进行介绍。一、羧酸锂盐。可选地，在本专利技术实施例中，羧酸锂盐可以包括大分子羧酸锂盐和/或小分子羧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池的复合正极，其特征在于，包括：/n单质硫、粘结剂、导电剂、以及锂盐；/n其中，所述锂盐包括羧酸锂盐、磺酸锂盐中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池的复合正极，其特征在于，包括：
单质硫、粘结剂、导电剂、以及锂盐；
其中，所述锂盐包括羧酸锂盐、磺酸锂盐中的至少一种。


2.如权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述复合电极具有核结构和壳结构；
所述核结构包括单质硫、粘结剂与导电剂；
所述壳结构包括锂盐。


3.如权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述羧酸锂盐包括大分子羧酸锂盐和/或小分子羧酸锂盐；
所述磺酸锂盐包括大分子磺酸锂盐和/或小分子磺酸锂盐。


4.如权利要求3所述的复合正极，其特征在于，所述大分子羧酸锂盐包括聚丙烯酸锂；
所述小分子羧酸锂盐包括草酸锂、丁二酸锂、己二酸锂中的至少一种。


5.如权利要求3所述的复合正极，其特征在于，所述小分子磺酸锂盐包括对甲苯磺酸锂；
所述大分子磺酸锂盐包括：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂盐的均聚物、以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂盐与第一单体的共聚物中的至少一种；其中，所述第一单体包括酯类单体和/或酰胺类单体。


6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭祖铃，
申请(专利权)人：中航锂电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32