[發(fā)明專利]鋰硫電池用粘結劑、包含其的正極和鋰硫電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880076015.2
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN111386621B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 李炫受;鄭鐘模;梁斗景;金有美;李昇昊;樸奇秀;鄭炳孝
• 申請（專利權）人: 株式會社LG新能源
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/13;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/60;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王海川;陳海濤

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池用粘結劑以及包含所述粘結劑的正極和鋰硫電池，特別地，涉及一種包含聚丙烯酸鋰和聚乙烯醇的鋰硫電池用粘結劑。通過包含兩種特定聚合物，所述鋰硫電池用粘結劑能夠提高正極的電化學性能和穩(wěn)定性，從而提高鋰硫電池的容量和壽命特性。

技術領域

本申請要求于2017年12月27日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請10-2017-0180625號的權益，并通過參考將其發(fā)明內容以其完整形式并入本文中。

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池用粘結劑、包含其的正極和鋰硫電池。

背景技術

隨著電子裝置和通信裝置近來迅速變得更小、更輕和更復雜并且考慮到環(huán)境問題和石油資源的枯竭而使得電動車輛的必要性已經高度凸顯，對于改善用作這些產品的能源的二次電池的性能和壽命的需求日益增加。作為滿足這樣的需求的二次電池，使用硫基化合物作為正極活性材料的鋰硫電池已經受到了關注。

鋰硫電池為使用具有硫-硫鍵的硫基材料作為正極活性材料并且使用鋰金屬、具有鋰離子的嵌入/脫嵌的碳基材料或與鋰形成合金的硅、錫等作為負極活性材料的二次電池。

在鋰硫電池中，當放電時，在正極中通過硫接受電子而發(fā)生還原反應，并且在負極中通過鋰被離子化而發(fā)生氧化反應。具體地，硫在放電之前為環(huán)狀S₈，并且使用氧化還原反應來儲存和產生電能，其中在還原反應(放電)期間，隨著硫-硫鍵斷裂，硫的氧化數(shù)減少，并且在氧化反應(充電)期間，隨著硫-硫鍵再次形成，硫的氧化數(shù)增加。

特別是，鋰硫電池具有1675mAh/g的理論放電容量和2600Wh/kg的理論能量密度，該理論能量密度高達目前研究的鋰離子電池(約570Wh/kg)的約5倍，因此是能夠獲得高容量、高能量密度和長壽命的電池。此外，作為正極活性材料的主要材料的硫具有以下優(yōu)勢：具有低的原子量，由于資源豐富而容易供應，價格低廉，沒有毒性，并且環(huán)保，因此已經對鋰硫電池進行了廣泛的研究，其優(yōu)勢在于可用作諸如電動車輛的中到大型裝置以及便攜式電子裝置的能源。

盡管具有高容量特性、環(huán)境友好性和經濟可行性這樣的優(yōu)點，但鋰硫電池尚未商業(yè)化，這是因為在實際驅動中隨著循環(huán)的進行導致容量顯著下降而無法確保足夠的性能和驅動穩(wěn)定性，并且由此導致電池壽命急劇下降。因此，已經提出了將鋰硫電池的性能和壽命提高到實際可應用水平的多種技術。

作為一例，韓國專利申請公布第2015-0032670號公開了，通過在電解質中包含含氮添加劑、含硫添加劑或有機過氧化物，可以改善電池容量下降的問題。

另外，韓國專利申請公布第2016-0046775號公開了，通過在包含硫碳復合材料的正極活性部位的表面的一部分上設置由兩親性聚合物形成的正極涂層，可以提高鋰硫電池的循環(huán)性能。

這些專利通過改變電解質組成或在正極中引入涂層而在某種程度上改善了鋰硫電池的性能或壽命降低的問題，然而，所述效果不充分。另外，使用添加劑引起導電性劣化或促進電池副反應的問題，并且形成涂層具有耗時且昂貴的缺點，這是因為在表面處理過程中會損失硫。因此，更需要通過有效地防止鋰硫電池的容量和壽命降低來開發(fā)可商業(yè)化的鋰硫電池。

現(xiàn)有技術文獻

[專利文獻]

韓國專利申請公布第2015-0032670號(2015.03.27)，包含電解質添加劑和離聚物制品的電化學電池及其制造和使用方法

韓國專利申請公布第2016-0046775號(2016.04.29)，鋰硫電池用正極及其制備方法

發(fā)明內容

[技術問題]

作為鑒于上述情況而進行廣泛研究的結果，本發(fā)明的發(fā)明人已經確認了，在正極中使用包含兩種不同類型的聚合物的粘結劑改善正極的電化學性能和穩(wěn)定性，從而提高包含所述粘結劑的鋰硫電池的容量和壽命，并完成了本發(fā)明。