[發(fā)明專利]粘合劑及其制備方法、正極和鋰硫電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811280922.7
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109494373B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍曉梅;苗力孝;池子翔;柯菲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桑德新能源技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司;桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 韓建偉;白雪

本發(fā)明提供了粘合劑、其制備方法及其在鋰硫電池中的應(yīng)用。該粘合劑包括環(huán)氧化天然橡膠乳液和聚乙烯亞胺溶液的混合液。該粘合劑可作為鋰硫電池正極的粘合劑使用。在固化過(guò)程中，環(huán)氧化天然橡膠乳液中的環(huán)氧化天然橡膠能與聚乙烯亞胺溶液中的聚乙烯亞胺反應(yīng)形成三維網(wǎng)絡(luò)大分子。該大分子能對(duì)多硫化物進(jìn)行吸附和綁定，防止其溶解在電解質(zhì)中，更避免了其發(fā)生穿梭效應(yīng)進(jìn)入負(fù)極。同時(shí)，三維網(wǎng)絡(luò)大分子具有良好的柔彈性，可通過(guò)分子鏈的彈性變化適應(yīng)電循環(huán)過(guò)程中硫的體積變化。總之，采用該粘合劑能有效改善多硫化物易溶解、易穿梭的問(wèn)題，從而能有效改善硫基活性材料作為鋰硫電池正極材料活性物質(zhì)時(shí)的電池循環(huán)性能和容量衰減問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種粘合劑及制備方法、正極及鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、空間設(shè)備的迅速發(fā)展，對(duì)電池提出了越來(lái)越高的要求，發(fā)展具有高比能量、低成本、環(huán)境友好的電池具有非常重要的意義。鋰硫電池中，正極材料的理論比容量是制約其發(fā)展的主要因素。因此，開(kāi)發(fā)一種比容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能高的正極材料尤為重要。

單質(zhì)硫具有最高的比容量，在Li/S電池中，假設(shè)正極的硫完全反應(yīng)生成Li₂S，即發(fā)生電池反應(yīng)(S+2Li＝Li₂S)，相應(yīng)的正極理論比容量為1675mAh/g，理論比能量為2600Wh/Kg，開(kāi)路電壓為2.2V。硫和鋰的反應(yīng)具有可逆性，因此，硫是一種非常有吸引力的二次鋰電池的正極活性物質(zhì)，可以是單質(zhì)硫，也可以是CNT/S復(fù)合材料、多孔碳/硫復(fù)合材料、S/PAN復(fù)合材料等(統(tǒng)稱為硫基活性材料)。然而，由于鋰硫電池充放電過(guò)程產(chǎn)生的多硫化鋰易溶于有機(jī)電解液，使電極的活性物質(zhì)逐漸減少，且由于穿梭原理，溶解的多硫化鋰會(huì)穿過(guò)隔膜達(dá)到電池的負(fù)極鋰片上，生成的硫化鋰等產(chǎn)物導(dǎo)電性差且不溶解，從而引起電池負(fù)極的腐蝕和電池內(nèi)阻的增加，導(dǎo)致電池的循環(huán)性能變差。同時(shí)，在循環(huán)過(guò)程中由于硫的體積的變化比較大，導(dǎo)致電極的完整性被破壞，發(fā)生一些副反應(yīng)，從而使電池容量衰減。

基于以上原因，解決硫基活性材料反應(yīng)生成的多硫化物易溶解、易穿梭的問(wèn)題，是改善鋰硫電池循環(huán)性能和容量衰減問(wèn)題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種粘合劑及其制備方法、正極和鋰硫電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中硫基活性材料反應(yīng)生成的多硫化物易溶解、易穿梭，從而導(dǎo)致鋰硫電池循環(huán)性能差和容量衰減快的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種粘合劑，粘合劑包括環(huán)氧化天然橡膠乳液和聚乙烯亞胺溶液的混合液。

進(jìn)一步地，環(huán)氧化天然橡膠乳液中環(huán)氧化天然橡膠的環(huán)氧化程度為15～60mol％。

進(jìn)一步地，環(huán)氧化天然橡膠乳液中的環(huán)氧化天然橡膠與聚乙烯亞胺溶液中的聚乙烯亞胺之間的重量比為70～30:30～70。

進(jìn)一步地，環(huán)氧化天然橡膠乳液的質(zhì)量百分比濃度為15～25％；聚乙烯亞胺溶液的質(zhì)量百分比濃度為15～30％，聚乙烯亞胺溶液中的溶劑為去離子水。

進(jìn)一步地，聚乙烯亞胺溶液中的聚乙烯亞胺的相對(duì)分子量為15000～50000。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種上述粘合劑的制備方法，其包括以下步驟：將環(huán)氧化天然橡膠乳液和聚乙烯亞胺溶液混合，得到粘合劑。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種正極，其包括正極集流體和位于正極集流體上的正極材料層，正極材料層的原料包括硫基活性材料、導(dǎo)電劑和上述粘合劑。

進(jìn)一步地，其特征在于，正極材料層為原料經(jīng)混合、涂布、固化反應(yīng)形成，且固化反應(yīng)的工藝條件為：在50～100℃溫度條件下反應(yīng)12～24h。

進(jìn)一步地，硫基活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑之間的重量比為(60～80):(4～40):(2～20)。