[發明專利]一種鋰硫電池正極極片的制備方法

無效

• 申請號: 201210021615.3
• 申請日: 2012-01-31
• 公開（公告）號: CN102569730A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張治安;賈明;鄧兆豐;盧海;包維齋;曾濤;劉晉;賴延清;李劼;劉業翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明屬于新能源領域，涉及一種鋰硫電池用正極極片的制備方法，具體涉及它的粘結劑的改進。

背景技術

隨著傳統資源和能源日益緊缺、環境問題日趨嚴重，開發新的能源儲存及轉換技術已經成為各國的能源戰略重點。其中，鋰硫電池是極具發展潛力和應用前景的高能量密度二次電池，包括鋰硫電池的正極、負極和電解液三個主要組成部分。它具有高比容量(1675mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg)。另外，硫作為活性物質在成本和環境友好等方面也表現出不可比擬的優勢。

然而，鋰硫電池目前存在一些問題而限制了它的實際應用，如差的循環穩定性和低的活性物質利用率。這是因為，鋰硫電池的充放電反應為多步驟反應。放電過程，固態的單質硫首先還原為可溶的多硫化物，再進一步還原為固態絕緣的Li₂S₂甚至Li₂S。充電過程Li₂S重新氧化為多硫化物。在這一過程中，多硫化物能溶解于有機電解液中，導致活性物質的不可逆損失和容量衰減；充放電過程電極材料發生相的變化，使電極結構不可避免的發生膨脹和收縮，這致使隨著循環的進行，電極結構發生坍塌、電極材料出現剝落，使電池容量較快衰減。為此，抑制多硫化物的擴散和提高循環過程中正極結構的穩定性是鋰硫電池的研究重點。

鋰硫電池正極極片主要由三部分組成，分別為含硫活性物質、粘結劑和導電添加劑，是通過將含硫材料、導電添加劑和粘結劑按照一定的比例分散在溶劑中制成漿料，然后將漿料涂覆在集流體上并烘干得到。其中粘結劑性能的優劣直接影響到電極性能的好壞，繼而影響電池的整個性能。粘結劑的主要作用是使活性物質之間發生粘附、使活性物質與集流體發生粘附，保證電極極片的機械完整性。目前，鋰硫電池常用的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)。聚偏氟乙烯具有較強的粘接能力，但存在材料中含氟元素，不溶于水，塑性低、粘結劑在有機溶液中易溶脹，會造成活性物質顆粒剝落，電極的循環性能變差等問題。另外，N-甲基吡咯烷酮常被用作溶劑來溶解聚偏氟乙烯，而N-甲基吡咯烷酮對環境濕度要求非常高，并且有毒。為此，需尋找一種合適的粘結劑運用到鋰硫電池中。

中國專利CN?101399329B公開了以明膠作為鋰硫電池正極粘合劑，電極的粘合性和分散性得到了提高。但明膠水溶液體系不穩定，在酸、堿、熱、酶等外界條件影響下，會導致性能變壞。中國專利CN101577323公開了一種β-環糊精作為鋰硫電池正極粘合劑，β-環糊精是水性粘合劑，電極制備過程可以用水作為溶劑，避免了使用有機溶劑對環境和人體造成的不良影響。但β-環糊精在室溫下水中溶解度很低，粘結效果不明顯，應用受到限制。

聚丙烯酸(PAA)是一種具有大量羧基的聚合物，它無毒、易溶于水。聚丙烯酸被應用作皮革涂飾中的粘結劑，還常與其他水溶性聚合物如聚乙二醇等共混制備巴布劑的壓敏膠。聚丙烯酸也是一種常用的分散劑和懸浮劑，在化工、造紙、陶瓷、紡織、涂料、建材、日化等行業中應用廣泛。但未見其在鋰硫電池領域的任何研究報道。

發明內容

本發明提供一種鋰硫電池正極極片的制備方法，不但有效提高了電極漿料的分散性、電極的粘接性，并抑制了多硫化物的擴散，提高電極的循環穩定性。

本發明的技術方案是：

將含硫材料、導電添加劑和粘結劑按照質量比20～90∶4～77∶3～20均勻混合并分散在溶劑中形成漿料，然后將此漿料涂覆在集流體上，干燥后壓片得到一種鋰硫電池正極片。