[發明專利]一種鋰硫電池正極極片及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110619697.0
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113363454B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 鞠署元;馬俊青;劉天雷;周景艷;張詩雪
• 申請（專利權）人: 山東海科創新研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/052;H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 趙雪聰

本發明提出一種鋰硫電池正極極片及其制備方法和應用，屬于鋰硫電池技術領域。所述鋰硫電池正極極片采用球型或類球型的不溶性硫磺作為鋰硫電池正極極片的活性物質原料，其中，不溶性硫磺微觀結構呈纖維狀結構的含量為60wt％～95wt％，且呈纖維狀結構的不溶性硫磺通過熱壓處理可轉變為單質硫。本發明能夠應用于鋰硫電池產品方面。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池技術領域，尤其涉及一種鋰硫電池正極極片及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池以較高的能量密度和循環性能，被廣泛應用于數碼產品和動力儲能等領域，目前鈷酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰和錳酸鋰為主流正極材料，但這些材料普遍克容量較低，嚴重限制了電池能量密度進一步提升。單質硫的理論比容量為1672mAh/g，以硫為正極，鋰金屬為負極的鋰硫電池被認為是下一代高能量密度二次電池的主要選擇之一。

目前鋰硫電池多以納米硫或納米硫復合材料作為鋰硫電池正極材料。然而在正極合漿過程中容易發生團聚，從而導致正極材料與導電劑分散不均勻，給合漿和涂布工藝造成困難。而且，高的比表面會加劇多硫化物在電解液中的溶解，使得多多硫化物穿梭問題難以解決，造成電池在充放電過程中不可逆容量的損失，影響電池的循環性能。

專利CN109192967A中以不溶性硫磺作為正極活性物質來解決多硫化合物穿梭問題，但該專利中的不溶性硫磺為IS-HS7020、OT20、IS-HS6033、OT33、IS8010、IS8510、IS6010、IS6005、IS60、IS90等充油型不溶性硫磺，其中充油類型為環烷油，環烷油的存在不僅會降低正極中的活性物質含量，同時高分子量的環烷油在正極極片烘干過程中難以去除，將影響極片的導電性。且在電池放電過程中，特別是前幾次放電過程，長鏈不溶性硫磺向單質硫的轉化，會造成電池極化嚴重，放電電壓偏低，體積膨脹等若干問題，從而影響電池整體性能。

發明內容

本發明針對上述以納米硫或納米硫復合材料作為鋰硫電池正極材料時不易合漿，且多硫化物在電解液中溶解的技術問題，提出了一種鋰硫電池正極活性物質，能夠降低對合漿工藝的要求，且制備得到的電池循環性能和倍率性能優異。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種鋰硫電池正極極片，采用球型或類球型的不溶性硫磺作為鋰硫電池正極極片的活性物質原料，其中，不溶性硫磺微觀結構呈纖維狀結構的含量為60wt%~95wt%，且呈纖維狀結構的不溶性硫磺通過熱壓處理可轉變為單質硫。

優選的，所述熱壓處理為在壓力為4~4.5kg/cm²，溫度為80~100℃的條件下保持5~60min。

優選的，所述球型或類球型的不溶性硫磺的中位粒徑為0.01~10μm。

優選的，所述球型或類球型的不溶性硫磺的XRD圖譜的三強峰對應的2θ角分別為22.3^o、21.2^o、29.7^o。

優選的，還包括導電劑、粘結劑和集流體；活性物質原料、導電劑和粘結劑的質量比為50~90：8~40：3~10。

優選的，所述導電劑為乙炔黑、科琴黑、碳納米管、碳纖維和石墨烯中的一種或多種。

優選的，所述粘結劑為丁苯橡膠（SBR）、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鋰、聚丙烯腈類、聚偏氟乙烯、聚環氧乙烷和聚丙烯酸中的一種或多種。

優選的，所述集流體為鋁箔或涂碳鋁箔，所述集流體的厚度為6~25μm。

本發明提供了一種上述方案所述的鋰硫電池正極極片的制備方法，包括以下步驟：

將活性物質原料與導電劑或導電劑的漿料混合，得到預混料；

將粘結劑溶解于溶劑中，得到膠液；