[發明專利]環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑、鋰硫電池正極和鋰硫電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202110215929.6
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN113013413B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 楊卓鴻;李朋松;周夢璇;劉菊;楊宇
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052;H01M4/136;H01M4/1397
• 代理公司: 北京商專潤文專利代理事務所(普通合伙) 11317
• 代理人: 許春蘭;熊雯

本發明屬于鋰硫電池技術領域，具體涉及一種環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑、鋰硫電池正極和鋰硫電池及其制備方法。本發明的環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑以質量份計由如下原料組成：環氧大豆油丙烯酸酯60?80份，丙烯酸酯單體10?20份，含磷丙烯酸酯單體3?7份，光引發劑3?5份。本發明的環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑不僅可以有效提高電池放電比容量和庫倫效率，而且具有優異的粘合性和導電性，能夠有效應對充放電過程中的體積變化，從而有利于保持電極結構的完整性。同時，還可以有效吸附多硫化物，在一定程度上抑制多硫化物的“穿梭效應”，提高電池的循環壽命。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池技術領域，具體涉及一種環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑、鋰硫電池正極和鋰硫電池及其制備方法。

背景技術

隨著電子產品的迅猛發展，傳統鋰離子電池在對電子產品的高能量需求的滿足上愈顯乏力。因此，急需高能量儲能體系。鋰硫電池被認為是極具發展潛力的高性能電池。與傳統鋰離子電池正極相比，硫正極表現出能量密度高、價格低廉、低毒和環境友好的優勢。然而，由于充放電過程中體積變化易造成正極結構損壞以及可溶性多硫化物的穿梭效應，嚴重阻礙了鋰硫電池的商業化應用。

在鋰硫電池正極中，粘結劑將漿料與集流體牢牢粘結在一起并保持正極結構完整性。粘結劑所占比例很低，但是其作用不可忽視。傳統鋰硫電池正極一般采用石油基粘結劑，制備過程中需要用到有毒溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)調節粘度，固化時間很長，同時較弱的粘結力難以應對鋰硫電池充放電過程中的體積變化(鋰硫電池充放電過程中的體積變化一般大于70％)。因此，有必要開發新的粘結劑以替代傳統石油基粘結劑，以克服傳統石油基粘結劑存在的問題。

發明內容

根據本發明的第一個方面，提供了一種環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑，以質量份計由如下原料組成：環氧大豆油丙烯酸酯(AESO)60-80份，丙烯酸酯單體10-20份，含磷丙烯酸酯單體3-7份，光引發劑3-5份。

在一些實施方式中，丙烯酸酯單體為甲基丙烯酸異冰片酯(IBOMA)、二縮三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)中的至少一種。

在一些實施方式中，含磷丙烯酸酯單體為甲基丙烯酸磷酸單酯(PM-1)，甲基丙烯酸磷酸雙酯(PM-2)，羥乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯(HEMAP)中的至少一種。

在一些實施方式中，光引發劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(819)，2-苯基芐-2-二甲基胺-1-(4-嗎啉芐苯基)丁酮(369)，異丙基硫雜蒽酮(ITX)，2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮(1173)，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)，1-羥基環己基苯基甲酮(184)中的至少一種。

根據本發明的第二個方面，提供了上述的環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑的制備方法，將原料按配比加入有機溶劑中，攪拌均勻，即可。優選的，操作均在避光條件下進行。

在一些實施方式中，有機溶劑為無水乙醇、甲苯、丙酮、丁酮中的至少一種，有機溶劑的用量按照每0.1-0.3g原料(即環氧大豆油丙烯酸酯、丙烯酸酯單體、含磷丙烯酸酯單體和光引發劑)加入1mL有機溶劑。

根據本發明的第三個方面，提供了一種含有上述的環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑的鋰硫電池正極。

根據本發明的第四個方面，提供了一種上述的鋰硫電池正極的制備方法，包括以下步驟：

(1)向環氧大豆油丙烯酸酯光固化粘結劑中加入含硫活性物質、導電劑與溶劑，避光超聲分散，得到正極漿料；

(2)將步驟(1)得到的正極漿料涂敷在集流體中，然后進行紫外光光固化，得到鋰硫電池正極。