[发明专利]一种用于锂硫电池的原位粉体包覆与极板制备一体化方法

说明书

本发明涉及一种用于锂硫电池的原位粉体包覆与极板制备一体化方法，该方法包括：将有机溶剂与水混合后，用氨水调节pH值为8.5，得混合液；将正极活性物质、盐酸多巴胺分散在所得混合液中得悬浊液；将所得悬浊液加热使氨气充分挥发，加入导电剂、粘结剂制成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，干燥即得正极片。该制备方法实现了正极材料粉体包覆与极片制作一体化，缩短工艺流程和制备周期，降低生产成本；多巴胺在弱碱性环境下发生自聚合反应形成聚多巴胺，利用其良好的成膜性对正极活性物质进行包覆，改善锂硫电池的循环稳定性；工艺流程简单，生产效率高，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种用于锂硫电池的原位粉体包覆与极板制备一体化方法。

背景技术

随着社会和经济的快速发展，我们的生活也在发生着日新月异的变化。便携式用电器、动力电源逐渐走进我们的生活，这些电子产品对于能源的需求使得高比能量储能设备显得愈发重要。锂离子电池作为一种新型的二次电池，被公认为最有潜质的储能系统之一。但是，由于目前商业化的锂离子电池比能量相对较低，价格高昂，并没有满足人们的需求。因此，开发下一代能量高、价格低、寿命长、安全有保障的储能设备成为近期广泛研究的焦点。

锂硫电池，是以单质硫作为正极、金属锂作为负极的二次锂电池。锂硫电池有着以下特别显著的特点：1)作为活性物质的硫广泛存在于地壳中，因此硫单质价格低廉；2)硫作为活性物质时，其理论比容量高达1675mAh/g，理论比能量为2600Wh/Kg，相当于目前已经市场化的二次电池的3-5倍；3)相对商业化锂离子电池，锂硫电池对环境污染较小。尽管如此，因其存在如下缺点，锂硫电池并没有得以广泛应用。第一，单质硫的绝缘性：在室温条件下，单质硫的导电率为5×10^-30S/cm，所以为绝缘体，因此不利于电极的导电性；第二，聚硫离子在电解液中溶解和迁移：锂硫电池在电池的充放电过程中为多步反应，在电化学过程中存在着许多中间产物，这些中间产物会溶解在电解液当中并向负极方向迁移，也就是所谓的“穿梭效应”，从而造成电池容量降低等问题；第三，电化学反应中硫体积的膨胀：在电化学反应当中，硫存在较大的体积膨胀，这些体积变化会给电极结构造成不可恢复的损伤。

针对这些问题，诸多学者投入了巨大努力并取得了显著成就。对于改善单质硫的导电性差，学者们利用导电碳来构建导电网络，从而起到改善电极导电性的目的。针对“穿梭效应”，人们采用具有微孔/介孔碳材料，利用微孔的强吸附性来束缚聚硫离子的迁移。针对体积膨胀问题，人们利用优化多孔碳/硫复合材料合理的载硫量或者用柔性电极来容纳和缓解体积膨胀对电极结构带来应力损伤。除了碳材料之外，聚合物也逐渐进入研究者的视野。聚合物在锂离子电池当中的应用主要可以分为聚合物对电极板的修饰，聚合物对隔膜的修饰，聚合物对粉体材料的包覆。正如中国专利CN102723491B公开了一种导电聚合物浸渍包覆的锂离子电池复合电极材料及其制备方法，采用浸渍的方法用聚合物对粉体材料进行包覆，然后制备电极，经过聚合物包覆过的材料容量有较大的提高。又如中国专利CN102280656A公开了一种导电聚合物包覆正极的锂离子电池的制备方法，在浆料中加入导电聚合物或导电聚合物单体进行包覆，使得电池容量比未包覆前提升了10-20％。上述方法在一定程度上改善了锂离子电池的循环稳定性，或者提升了电池的容量，但是合成过程比较复杂繁琐。