[發(fā)明專利]一種鋰硫電池正極用導(dǎo)電粘結(jié)劑及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610178569.6
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105655593A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高紅;路崎;姚玉潔;張紅明;王獻(xiàn)紅;王佛松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 李外

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰硫電池正極用導(dǎo)電粘 結(jié)劑及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界，新能源技術(shù)飛速發(fā)展。隨著智能通訊和電動汽車領(lǐng)域的潛在市 場需求，更高能量密度的二次電池體系已經(jīng)成為目前研究熱點。鋰硫電池是以 硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池。理論上,鋰與單質(zhì)硫反應(yīng) 完全是二電子反應(yīng),硫電極的理論比容量為1675mAhg^-1,金屬鋰負(fù)極的理論容 量為3860mAhg^-1。兩者構(gòu)建的鋰硫二次電池體系的理論能量密度達(dá)2600Wh kg^-1，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。研究中發(fā)現(xiàn)，元素S的電子導(dǎo)電性極差，在作 為正極材料使用時，活性物質(zhì)S的利用率不高，可逆性差，使容量持續(xù)下降。 另外，硫(S₈)在還原過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物多硫化物L(fēng)i₂Sx(2﹤x≤8)，如Li₂S₄可以溶于電解液，導(dǎo)致充放電過程中多硫化物在電池正負(fù)極間來回穿梭(穿梭 效應(yīng))，致使硫在充電過程中不能完全回到正極，從而使電池容量造成不可避免 的下降。

鋰硫電池正極材料一般包括三部分：含硫的復(fù)合物、導(dǎo)電碳黑及粘結(jié)劑。 含硫的復(fù)合物主要由導(dǎo)電框架及硫單質(zhì)組成，是正極材料核心部分。導(dǎo)電碳黑 加入的目的在于彌補正極活性物質(zhì)導(dǎo)電能力不足。由于碳黑及大部分的含硫的 復(fù)合物都是固體粉末，因此需要加入粘結(jié)劑方可成膜應(yīng)用。目前，已報道的導(dǎo) 電粘結(jié)劑都是由導(dǎo)電組分(如導(dǎo)電高分子/導(dǎo)電炭黑等)和非導(dǎo)電組分(如聚四 氟乙烯、聚偏氟乙烯和丙烯腈多元共聚物等)共同構(gòu)成，在成膜時，其用量較 大，一般在總質(zhì)量的10％wt左右，另外，這些粘結(jié)劑都是電子絕緣體，會在一 定程度上降低正極材料的電子傳輸能力，進(jìn)而影響電池的容量及倍率性能。因 此，改善鋰硫電池所用粘結(jié)劑的導(dǎo)電性、降低粘結(jié)劑用量、提高粘結(jié)劑的成膜 能力是當(dāng)下鋰硫電池所用粘結(jié)劑的研究方向。而目前，只含有導(dǎo)電高分子單一 組分的的導(dǎo)電粘結(jié)劑尚未有報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的導(dǎo)電粘結(jié)劑都由導(dǎo)電組分和非導(dǎo)電組分共 同構(gòu)成，且粘結(jié)劑用量大的問題，而提供一種鋰硫電池正極用導(dǎo)電粘結(jié)劑及其 制備方法。

本發(fā)明首先提供一種鋰硫電池正極用導(dǎo)電粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑由摻雜型導(dǎo)電 高分子材料和良溶劑組成，所述的摻雜型導(dǎo)電高分子材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.25％。

優(yōu)選的是，所述的摻雜型導(dǎo)電高分子材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25-15％。

優(yōu)選的是，所述的摻雜型高分子材料包括摻雜型聚苯胺、摻雜型聚吡咯、 摻雜型聚噻吩、摻雜型聚呋喃、摻雜型聚硒吩、化學(xué)改性的聚(對-苯撐)、摻雜 型聚吡啶撐、化學(xué)改性的聚(吲哚)、化學(xué)改性的聚(噻吩-吡咯)、摻雜型聚(N- 取代吡咯)、摻雜型聚(N-取代苯胺)或摻雜型聚二苯胺。

優(yōu)選的是，所述的良溶劑包括水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、二甲基 乙酰胺、二甲基甲酰胺、環(huán)丁砜、甲苯、十氫萘、乙二醇、二乙二醇單丁醚、 丙二醇甲醚、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酰乙酸乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰 苯二甲酸二辛酯、二壬酯、三氯甲烷、甲醇、乙醇、二氯甲烷或四氫呋喃。

本發(fā)明還提供一種鋰硫電池正極用導(dǎo)電粘結(jié)劑的制備方法，該方法包括：

將摻雜型導(dǎo)電高分子材料溶解于良溶劑中至完全分散，得到鋰硫電池正極 用導(dǎo)電粘結(jié)劑。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明首先提供一種鋰硫電池正極用導(dǎo)電粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑由摻雜型導(dǎo)電 高分子材料和良溶劑組成，所述的摻雜型導(dǎo)電高分子材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.25％。 與現(xiàn)有技術(shù)相對比，本發(fā)明的粘結(jié)劑不添加其它不導(dǎo)電的組分，摻雜型導(dǎo)電高 分子材料主鏈帶正電荷，能一定程度上將多硫化物留在正極內(nèi)，減小電池的穿 梭效應(yīng)，提高電池循環(huán)壽命；同時，摻雜型導(dǎo)電高分子作為導(dǎo)電粘結(jié)劑，加入 后對正極材料整體導(dǎo)電性影響較小，與用傳統(tǒng)粘結(jié)劑制成的正極相比，一定程 度上降低了電池內(nèi)阻，降低電池內(nèi)部能量消耗。成膜時，由于導(dǎo)電高分子密度 較小，因此粘結(jié)劑用量極少，一般粘結(jié)劑質(zhì)量占整個正極材料質(zhì)量的2％左右就 可以達(dá)到對正極各組分的粘結(jié)效果，提高了硫在正極材料中的比重，從而提高 電池比容量。本發(fā)明的粘結(jié)劑適用范圍廣，可適用于各種類型的正極材料。