[发明专利]一种锂硫电池正极用导电粘结剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂硫电池材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池正极用导电粘 结剂及其制备方法。

背景技术

当今世界，新能源技术飞速发展。随着智能通讯和电动汽车领域的潜在市 场需求，更高能量密度的二次电池体系已经成为目前研究热点。锂硫电池是以 硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。理论上,锂与单质硫反应 完全是二电子反应,硫电极的理论比容量为1675mAhg^-1,金属锂负极的理论容 量为3860mAhg^-1。两者构建的锂硫二次电池体系的理论能量密度达2600Wh kg^-1，具有十分广阔的应用前景。研究中发现，元素S的电子导电性极差，在作 为正极材料使用时，活性物质S的利用率不高，可逆性差，使容量持续下降。 另外，硫(S₈)在还原过程中产生的中间产物多硫化物Li₂Sx(2﹤x≤8)，如Li₂S₄可以溶于电解液，导致充放电过程中多硫化物在电池正负极间来回穿梭(穿梭 效应)，致使硫在充电过程中不能完全回到正极，从而使电池容量造成不可避免 的下降。

锂硫电池正极材料一般包括三部分：含硫的复合物、导电碳黑及粘结剂。 含硫的复合物主要由导电框架及硫单质组成，是正极材料核心部分。导电碳黑 加入的目的在于弥补正极活性物质导电能力不足。由于碳黑及大部分的含硫的 复合物都是固体粉末，因此需要加入粘结剂方可成膜应用。目前，已报道的导 电粘结剂都是由导电组分(如导电高分子/导电炭黑等)和非导电组分(如聚四 氟乙烯、聚偏氟乙烯和丙烯腈多元共聚物等)共同构成，在成膜时，其用量较 大，一般在总质量的10％wt左右，另外，这些粘结剂都是电子绝缘体，会在一 定程度上降低正极材料的电子传输能力，进而影响电池的容量及倍率性能。因 此，改善锂硫电池所用粘结剂的导电性、降低粘结剂用量、提高粘结剂的成膜 能力是当下锂硫电池所用粘结剂的研究方向。而目前，只含有导电高分子单一 组分的的导电粘结剂尚未有报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的导电粘结剂都由导电组分和非导电组分共 同构成，且粘结剂用量大的问题，而提供一种锂硫电池正极用导电粘结剂及其 制备方法。

本发明首先提供一种锂硫电池正极用导电粘结剂，该粘结剂由掺杂型导电 高分子材料和良溶剂组成，所述的掺杂型导电高分子材料的质量分数≥0.25％。

优选的是，所述的掺杂型导电高分子材料的质量分数为0.25-15％。

优选的是，所述的掺杂型高分子材料包括掺杂型聚苯胺、掺杂型聚吡咯、 掺杂型聚噻吩、掺杂型聚呋喃、掺杂型聚硒吩、化学改性的聚(对-苯撑)、掺杂 型聚吡啶撑、化学改性的聚(吲哚)、化学改性的聚(噻吩-吡咯)、掺杂型聚(N- 取代吡咯)、掺杂型聚(N-取代苯胺)或掺杂型聚二苯胺。

优选的是，所述的良溶剂包括水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基 乙酰胺、二甲基甲酰胺、环丁砜、甲苯、十氢萘、乙二醇、二乙二醇单丁醚、 丙二醇甲醚、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酰乙酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻 苯二甲酸二辛酯、二壬酯、三氯甲烷、甲醇、乙醇、二氯甲烷或四氢呋喃。

本发明还提供一种锂硫电池正极用导电粘结剂的制备方法，该方法包括：

将掺杂型导电高分子材料溶解于良溶剂中至完全分散，得到锂硫电池正极 用导电粘结剂。

本发明的有益效果

本发明首先提供一种锂硫电池正极用导电粘结剂，该粘结剂由掺杂型导电 高分子材料和良溶剂组成，所述的掺杂型导电高分子材料的质量分数≥0.25％。 与现有技术相对比，本发明的粘结剂不添加其它不导电的组分，掺杂型导电高 分子材料主链带正电荷，能一定程度上将多硫化物留在正极内，减小电池的穿 梭效应，提高电池循环寿命；同时，掺杂型导电高分子作为导电粘结剂，加入 后对正极材料整体导电性影响较小，与用传统粘结剂制成的正极相比，一定程 度上降低了电池内阻，降低电池内部能量消耗。成膜时，由于导电高分子密度 较小，因此粘结剂用量极少，一般粘结剂质量占整个正极材料质量的2％左右就 可以达到对正极各组分的粘结效果，提高了硫在正极材料中的比重，从而提高 电池比容量。本发明的粘结剂适用范围广，可适用于各种类型的正极材料。