粘结剂组合物、锂硫电池正极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池正极。与现有技术相比，本发明专利技术选用不同种类的粘结剂复合使用，部分柔性粘结剂的加入可以改善低密度硫碳极片浮粉和脆裂的问题；并且采用复合粘结剂后，可适当辊压，配和复合粘结剂溶解再造孔过程，保持极片高孔隙率；再者选用的粘结剂中，部分可以在电解液中溶解，部分不溶解，溶解部分可以提供孔隙，提高极片孔隙率，改善锂硫电池反应动力学过程，不溶解部分保持极片粘附力；另外可溶部分粘结剂聚合物溶解后包围在硫碳材料表面，减缓多硫化物穿梭到负极与负极反应，减少了正极活性材料的流失，减缓了负极失效。效。效。

【技术实现步骤摘要】
粘结剂组合物、锂硫电池正极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂硫电池
，尤其涉及一种粘结剂组合物、锂硫电池正极及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着经济和科学技术的发展，人类的能源结构正不断向清洁、可持续方向发生改变。目前，具有高能量密度、长循环稳定性等特点的锂离子电池已成为消费类电子产品的主要电源，扮演着重要的角色。但随着高比能量移动设备的发展，锂离子电池已难以满足现在的市场需求。
[0003]相比于传统锂离子电池，锂硫电池由于其超高的理论比容量(1675mAh/g)及理论能量密度(2600Wh/kg)、丰富的硫储量和低廉的价格等优势，因而被认为是最具有发展潜力的新型储能体系之一，可以被应用于便携电子产品、动力汽车以及大规模储能等领域。
[0004]但是锂硫电池仍存在着诸多的问题和挑战，目前锂硫电池主要存在以下四个问题：1)单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0
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10
‑
30
S/cm)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能；2)锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中，增加电解液的黏度，降低离子导电性，多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费(Shuttle效应)，并且溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极，与负极反应，破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)；3)锂硫电池的最终放电产物Li2S
n
(n＝1～2)电子绝缘且不溶于电解液，沉积在导电骨架的表面；部分硫化锂脱离导电骨架，无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物，造成了容量的极大衰减；4)硫和硫化锂的密度分别为2.07g/cm3和1.66g/cm3，在充放电过程中有高达79％的体积膨胀/收缩，这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架的脱离，从而造成容量的衰减，虽然这种体积效应在纽扣电池下不显著，但在大型电池中体积效应会放大，会产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构。
[0005]针对这些问题，科研工作者提出了各式各样的研究方法和解决思路，主要集中在导电碳材料在锂硫体系中的应用。碳材料在锂硫体系中的应用可以大大提高电极导电性，碳材料上丰富的孔结构有利于提高电解液对活性物质的浸润性，构建离子传输网络，同时缓冲硫在充放电过程中的体积变化，此外还可以对聚硫离子起到物理吸附作用，抑制聚硫离子在电解液中的溶解和扩散，从而有效提高硫活性物质的利用率和电池的循环稳定性。但由于硫碳密度低，比表面积高，常规粘结剂用量低时，导致正极极片浮粉和掉料严重，而提高用量后，虽然浮粉情况改善，但会使力学性能降低变得很脆，无法进行后续裁切等加工，另一种方法是通过高压实可以提升极片密度，改进极片粘附力，但锂硫电池在压实后电化学反应速率急剧下降，容量无法发挥。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种粘结剂组合物、锂硫电池正极、其制备方法及应用，该粘结剂组合物制备的锂硫电池正极具有较高的孔隙率及较高的电化学性能。
[0007]本专利技术提供了一种锂硫电池正极，包括正极活性物质涂层；所述正极活性物质涂层的厚度h与正极活性涂层孔隙率a满足关系式：所述200μm＜h≤600μm；
[0008]所述正极活性物质涂层包括正极活性物质与粘结剂组合物；所述粘结剂组合物包括第一粘结剂与第二粘结剂；所述第一粘结剂为不溶于醚类电解液的粘结剂；所述第二粘结剂为溶于醚类电解液的粘结剂；
[0009]所述第二粘结剂占正极活性物质涂层的质量浓度m与正极活性涂层孔隙率a满足关系式：m＝(a/30)+0.05。
[0010]本专利技术还提供了一种锂硫电池正极的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将粘结剂组合物与正极活性物质混合，得到正极浆料；
[0012]将所述正极浆料复合在基箔表面，辊压后，得到锂硫电池正极；
[0013]所述正极活性物质涂层的厚度h与正极活性涂层孔隙率a满足关系式：所述200μm＜h≤600μm；
[0014]所述粘结剂组合物包括第一粘结剂与第二粘结剂；所述第一粘结剂为不溶于醚类电解液的粘结剂；所述第二粘结剂为溶于醚类电解液的粘结剂；
[0015]所述第二粘结剂占正极活性物质涂层的质量浓度m与正极活性涂层孔隙率a满足关系式：m＝(a/30)+0.05。
[0016]本专利技术还提供了一种粘结剂组合物，包括第一粘结剂与第二粘结剂；所述第一粘结剂为不溶于醚类电解液的粘结剂；所述第二粘结剂为溶于醚类电解液的粘结剂。
[0017]本专利技术还提供了一种锂硫电池，包括上述的锂硫电池正极。
[0018]与现有技术相比，本专利技术选用不同种类的粘结剂复合使用，部分柔性粘结剂的加入可以改善低密度硫碳极片浮粉和脆裂的问题；并且采用复合粘结剂后，可适当辊压，配和复合粘结剂溶解再造孔过程，保持极片高孔隙率；再者选用的粘结剂中，部分可以在电解液中溶解，部分不溶解，溶解部分可以提供孔隙，提高极片孔隙率，改善锂硫电池反应动力学过程，不溶解部分保持极片粘附力；另外可溶部分粘结剂聚合物溶解后可包围在硫碳材料孔隙的表面，一方面，减缓多硫化物穿梭到负极与负极反应，减少了正极活性材料的流失，降低负极失效的风险，另一方面，降低可溶部分粘接剂过多进入电解液中，影响电解液的性能，从而影响从而电池的性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术提供的锂硫电池的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
[0021]本专利技术了一种粘结剂组合物，包括第一粘结剂与第二粘结剂；所述第一粘结剂为不溶于醚类电解液的粘结剂；所述第二粘结剂为溶于醚类电解液的粘结剂。
[0022]在本专利技术提供的粘结剂组合物中，所述第二粘结剂的质量优选为粘结剂组合物质量的50％～90％，更优选为60％～85％，再优选为64％～84％；在本专利技术提供的实施例中，所述第二粘结剂的质量具体为粘结剂组合物质量的70.1％、64.8％、77％、68.2％、83.3％、65.7％、67.8％或83.4％。
[0023]所述第一粘结剂为不溶于醚类电解液的粘结剂；所述醚类电解液为本领域技术人员熟知的醚类电解液即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为乙二醇二甲醚；所述第一粘结剂优选为聚丙烯腈、聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯、甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡胶、纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚[(N,N
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二烯丙基
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N,N
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二甲铵)双(三氟甲磺酰)亚胺]、瓜尔胶、聚吡咯、聚氨酯、硅化氯乙烯
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丙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极，其特征在于，包括正极活性物质涂层；所述正极活性物质涂层的厚度h与正极活性涂层孔隙率a满足关系式：所述200μm＜h≤600μm；所述正极活性物质涂层包括正极活性物质与粘结剂组合物；所述粘结剂组合物包括第一粘结剂与第二粘结剂；所述第一粘结剂为不溶于醚类电解液的粘结剂；所述第二粘结剂为溶于醚类电解液的粘结剂；所述第二粘结剂占正极活性物质涂层的质量浓度m与正极活性涂层孔隙率a满足关系式：m＝(a/30)+0.05。2.根据权利要求1所述的锂硫电池正极，其特征在于，3.根据权利要求1所述的锂硫电池正极，其特征在于，所述第二粘结剂的质量为粘结剂组合物质量的50％～90％。4.根据权利要求1所述的锂硫电池正极，其特征在于，所述粘结剂组合物的质量为正极活性物质涂层质量的3％～20％。5.根据权利要求1所述的锂硫电池正极，其特征在于，所述正极活性物质为硫碳混合物；所述硫碳混合物中硫与碳的质量比为(70～90)：(30～10)。6.根据权利要求1所述的锂硫电池正极，其特征在于，所述第一粘结剂选自聚丙烯腈、聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯、甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡胶、纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚[(N,N
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二烯丙基
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N,N
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二甲铵)双(三氟甲磺酰)亚胺]、瓜尔胶、聚吡咯、聚氨酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈治，赵万里，彭祖铃，
申请(专利权)人：中创新航科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：