[发明专利]一种锂硫电池正极极片的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域，涉及一种锂硫电池用正极极片的制备方法，具体涉及它的粘结剂的改进。

背景技术

随着传统资源和能源日益紧缺、环境问题日趋严重，开发新的能源储存及转换技术已经成为各国的能源战略重点。其中，锂硫电池是极具发展潜力和应用前景的高能量密度二次电池，包括锂硫电池的正极、负极和电解液三个主要组成部分。它具有高比容量(1675mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg)。另外，硫作为活性物质在成本和环境友好等方面也表现出不可比拟的优势。

然而，锂硫电池目前存在一些问题而限制了它的实际应用，如差的循环稳定性和低的活性物质利用率。这是因为，锂硫电池的充放电反应为多步骤反应。放电过程，固态的单质硫首先还原为可溶的多硫化物，再进一步还原为固态绝缘的Li₂S₂甚至Li₂S。充电过程Li₂S重新氧化为多硫化物。在这一过程中，多硫化物能溶解于有机电解液中，导致活性物质的不可逆损失和容量衰减；充放电过程电极材料发生相的变化，使电极结构不可避免的发生膨胀和收缩，这致使随着循环的进行，电极结构发生坍塌、电极材料出现剥落，使电池容量较快衰减。为此，抑制多硫化物的扩散和提高循环过程中正极结构的稳定性是锂硫电池的研究重点。

锂硫电池正极极片主要由三部分组成，分别为含硫活性物质、粘结剂和导电添加剂，是通过将含硫材料、导电添加剂和粘结剂按照一定的比例分散在溶剂中制成浆料，然后将浆料涂覆在集流体上并烘干得到。其中粘结剂性能的优劣直接影响到电极性能的好坏，继而影响电池的整个性能。粘结剂的主要作用是使活性物质之间发生粘附、使活性物质与集流体发生粘附，保证电极极片的机械完整性。目前，锂硫电池常用的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。聚偏氟乙烯具有较强的粘接能力，但存在材料中含氟元素，不溶于水，塑性低、粘结剂在有机溶液中易溶胀，会造成活性物质颗粒剥落，电极的循环性能变差等问题。另外，N-甲基吡咯烷酮常被用作溶剂来溶解聚偏氟乙烯，而N-甲基吡咯烷酮对环境湿度要求非常高，并且有毒。为此，需寻找一种合适的粘结剂运用到锂硫电池中。

中国专利CN 101399329B公开了以明胶作为锂硫电池正极粘合剂，电极的粘合性和分散性得到了提高。但明胶水溶液体系不稳定，在酸、碱、热、酶等外界条件影响下，会导致性能变坏。中国专利CN101577323公开了一种β-环糊精作为锂硫电池正极粘合剂，β-环糊精是水性粘合剂，电极制备过程可以用水作为溶剂，避免了使用有机溶剂对环境和人体造成的不良影响。但β-环糊精在室温下水中溶解度很低，粘结效果不明显，应用受到限制。

聚丙烯酸(PAA)是一种具有大量羧基的聚合物，它无毒、易溶于水。聚丙烯酸被应用作皮革涂饰中的粘结剂，还常与其他水溶性聚合物如聚乙二醇等共混制备巴布剂的压敏胶。聚丙烯酸也是一种常用的分散剂和悬浮剂，在化工、造纸、陶瓷、纺织、涂料、建材、日化等行业中应用广泛。但未见其在锂硫电池领域的任何研究报道。

发明内容

本发明提供一种锂硫电池正极极片的制备方法，不但有效提高了电极浆料的分散性、电极的粘接性，并抑制了多硫化物的扩散，提高电极的循环稳定性。

本发明的技术方案是：

将含硫材料、导电添加剂和粘结剂按照质量比20～90∶4～77∶3～20均匀混合并分散在溶剂中形成浆料，然后将此浆料涂覆在集流体上，干燥后压片得到一种锂硫电池正极片。