[發明專利]一種鋰硫電池正極極片及其制備方法

有效

• 申請號: 201910077413.2
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109841793B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 何偉東;景瀟鵬;丁顯波;陳太寶;周梅
• 申請（專利權）人: 深圳鋰硫科技有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/04;H01M4/62;H01M10/42;H01M10/052
• 代理公司: 44384 深圳市中科創為專利代理有限公司
• 代理人: 譚雪婷;彭西洋

本發明公開了一種鋰硫電池正極極片及其制備方法，旨在降低鋰硫電池充放電過程中的穿梭效應，同時提高鋰硫電池正極極片高負載下的能量密度和充放電循環性能。所述鋰硫電池正極極片包括正極活性物質、第一導電劑、第一粘結劑、添加劑和復合基底，所采用的C/WS₂?TCF/S結構具有柔韌性與多孔性，具有良好的自支撐能力與導電性，可以去掉金屬集流體的使用從而具有更大體積變化空間，從而對高負載下的良好性能做出保障。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，特別涉及一種鋰硫電池正極極片及其制備方法。

背景技術

在科技不斷發展的今天，便攜式電子設備已經融入人們生活、生產的方方面面，因此其電源的重要性也不言而喻。鋰離子電池作為廣泛應用于便攜式電子設備的電源類型，具有高容量、循環性能較好等優點。隨著電子設備產品的功能性越來豐富，如今電池的容量、能量密度以及循環性能也漸漸難以滿足日益增長的要求。

鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池。硫基材料因為具有很高的理論儲鋰容量(1675mA·h/g)，遠高于目前主流電池廠商所使用的鈷酸鋰等鋰離子電池，同時具有環境友好、成本較低等優勢，因此硫基材料成為當下鋰離子電池的熱門研究方向。

雖然鋰硫電池具有諸多優點，但硫基材料在嵌鋰脫鋰的過程中會帶來巨大的體積變化，嚴重影響電池的循環性能。目前有許多研究者用不同的手段克服這一缺陷，包括用多種碳主體材料浸漬硫、采用多孔空心碳、硫-碳納米管、石墨烯、金屬氧化物骨架以及親水粘合劑等。雖然這些基于碳的方法有助于限制硫和減少多硫化物穿梭效應，但以上方法的設計復雜，并且其循環壽命和硫負載限制了電池的能量密度。多硫化物Li₂S_x是一種鋰硫電池中硫正極充放電循環中所產生的反應物，其可造成穿梭效應影響電池性能。

因此，如何在克服硫基材料在嵌鋰脫鋰的過程中帶來的巨大體積變化，優化其循環性能，同時避免以上方法的不利影響成為了研究重點。

發明內容

本發明提出了一種鋰硫電池正極極片，旨在降低鋰硫電池充放電過程中的穿梭效應，同時提高鋰硫電池正極極片高負載下的能量密度和充放電循環性能，所述正極極片包括正極活性物質、第一導電劑、第一粘結劑和復合基底，其中，所述復合基底為網狀繃帶經過浸泡導電溶液得到。

采用上述技術方案，所述導電溶液含有第二導電劑、添加劑和第二粘結劑。

采用上述各個技術方案，所述正極活性物質與所述第一導電劑與所述第一粘結劑的質量比為7～8:1～1.5:1～1.5；并且，所述第二導電劑與所述添加劑與所述第二粘結劑的質量比為3～4.5:3～4.5:1～4。

采用上述各個技術方案，所述第一導電劑和所述第二導電劑分別為導電炭黑，或者分別為Super P、KS-6、碳納米管、碳納米纖維中的一種或幾種。導電炭黑(Super P)可賦予制品導電或防靜電的能力，其特點為粒徑小、比表面積大且粗糙、表面潔凈。導電劑主要作用是增強正極極片的電子電導能力。

采用上述各個技術方案，所述添加劑為WS₂和LiNO₃中的一種或幾種。其中，WS₂能夠有效抑制電池充放電過程中的穿梭效應，減少多硫化物的沉積，從而提高電池的循環性能。WS₂，二硫化鎢(Tungsten disulfide)，分子量247.97，為灰色帶金屬光澤的細小結晶或粉末，屬于六方晶系，有半導體性和抗磁性，天然礦物為輝鎢礦；層狀結構，易解離，有與石墨類似的潤滑性質，常用作潤滑劑，如用于氣溶膠。