[發明專利]一種基于兼具鋰離子傳導與多硫離子吸附的雙功能粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201910112359.0
• 申請日: 2019-02-13
• 公開（公告）號: CN109888289B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 孟躍中;鐘雷;李志峰;鄧魁榮;肖敏;王拴緊;韓冬梅;任山
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052;C08G75/045
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所(普通合伙) 44229
• 代理人: 姜若天

本發明公開了一種基于兼具鋰離子傳導與多硫離子吸附的雙功能粘結劑及其制備方法。該兼具鋰離子傳導與多硫離子吸附的雙功能粘結劑是由含有雙鍵的有機硼酸鋰鹽單體與具有導離子功能的雙巰基化合物單體和具有交聯作用的多巰基或多烯化合物單體進行烯?巰點擊反應聚合而成，可以形成不同交聯程度的網絡狀聚合物。由本發明制備的兼具鋰離子傳導與多硫離子吸附的雙功能粘結劑可用作硫正極的粘結劑和電解質。本發明制備的兼具鋰離子傳導與多硫離子吸附的雙功能粘結劑具有合成簡單易行、原料便宜易得、能導離子、能吸附多硫離子等優點，用本發明提供的粘結劑組裝的鋰硫電池倍率性能好，循環壽命高且穩定。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池粘結劑領域，涉及功能型粘結劑及其制備方法。更具體的，涉及一種基于兼具鋰離子傳導與多硫離子吸附的雙功能粘結劑及其制備方法。

背景技術

以硫為正極，金屬鋰為負極的鋰硫電池，極具成為新一代高能電池的潛力，其理論比容量可達1675mAh/g，是傳統的鋰離子電池的 3-5倍，且單質硫具有成本低廉、資源豐富、環境友好等特點，已經成為廣大科研工作者的研究熱點。但是單質硫和低硫化物(Li₂S，Li₂S₂) 的絕緣屬性以及充放電過程中長鏈多硫化物(Li₂S_4-8)的溶解擴散、穿梭效應都會造成電池的低硫利用率、低的庫倫效率和快速的容量衰減。

一個電化學性能優異的電極，需要同時具有良好的電子傳導網絡和離子傳導網絡。通常采用添加導電材料如：乙炔黑、碳納米管、石墨烯等來提供電子傳導網絡；采用多孔材料的保液作用在正極區域提供離子傳導場所。而本發明借助粘結劑在硫正極引入離子傳導網絡是一種有效的途徑。傳統的粘結劑PVDF粘結性好，但是不導離子，用作硫正極粘結劑時，與多硫化鋰的相互作用較弱。目前，國內外報道的粘結劑大多是含有O和N等基團的、具有交聯結構的聚合物，作為功能型的粘結劑用于硫正極，可以吸附多硫化鋰，抑制其溶解穿梭。如：含有豐富含氧官能團(-OH、-COOH)的天然粘結劑(瓜爾豆膠、海藻酸鈉、阿拉伯膠、β-環糊精、黃原膠等)的使用，自制的含豐富的-NH₂和-OH的交聯結構的粘結劑的研究。

國內外功能型粘結劑主要文獻有：

[1]Wang Z.H.,Chen Y.L.,Battaglia V.,Liu G.Improving the performanceof lithium-sulfur batteries using conductive polymer and micrometric sulfurpowder.J.Mater.Res.2014,29,1027-1033.

[2]Li Q.Y.,Yang H.J.,Xie L.S.,Yang J.,Nuli Y.N.,Wang J.L.Guar gum asa novel binder for sulfur composite cathodes in rechargeable lithiumbatteries.Chem.Commun.2016,52,13479-13482.

[3]Chen W.,Qian T.,Xiong J.,Xu N.,Liu X.J.,Liu J.,Zhou J.Q,Shen X.W.,Yang T.Z.,Chen Y.,Yan C.L.ANew Type of Multifunctional Polar Binder:TowardPractical Application of High Energy Lithium Sulfur Batteries.Adv.Mater.2017,1605160-1605166.

[4]Li Q.Y.,Yang H.J.,Xie L.S.,Yang J.,Nulia Y.,Wang J.L.Guar gum as anovel binder for sulfur composite cathodes in rechargeable lithiumbatteries.Chem.Commun.,2016,52,13479-13482.