[发明专利]粘合剂及其制备方法、正极和锂硫电池

说明书

本发明提供了粘合剂、其制备方法及其在锂硫电池中的应用。该粘合剂包括环氧化天然橡胶乳液和聚乙烯亚胺溶液的混合液。该粘合剂可作为锂硫电池正极的粘合剂使用。在固化过程中，环氧化天然橡胶乳液中的环氧化天然橡胶能与聚乙烯亚胺溶液中的聚乙烯亚胺反应形成三维网络大分子。该大分子能对多硫化物进行吸附和绑定，防止其溶解在电解质中，更避免了其发生穿梭效应进入负极。同时，三维网络大分子具有良好的柔弹性，可通过分子链的弹性变化适应电循环过程中硫的体积变化。总之，采用该粘合剂能有效改善多硫化物易溶解、易穿梭的问题，从而能有效改善硫基活性材料作为锂硫电池正极材料活性物质时的电池循环性能和容量衰减问题。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种粘合剂及制备方法、正极及锂离子电池。

背景技术

随着电子设备、电动汽车、空间设备的迅速发展，对电池提出了越来越高的要求，发展具有高比能量、低成本、环境友好的电池具有非常重要的意义。锂硫电池中，正极材料的理论比容量是制约其发展的主要因素。因此，开发一种比容量高、循环寿命长、安全性能高的正极材料尤为重要。

单质硫具有最高的比容量，在Li/S电池中，假设正极的硫完全反应生成Li₂S，即发生电池反应(S+2Li＝Li₂S)，相应的正极理论比容量为1675mAh/g，理论比能量为2600Wh/Kg，开路电压为2.2V。硫和锂的反应具有可逆性，因此，硫是一种非常有吸引力的二次锂电池的正极活性物质，可以是单质硫，也可以是CNT/S复合材料、多孔碳/硫复合材料、S/PAN复合材料等(统称为硫基活性材料)。然而，由于锂硫电池充放电过程产生的多硫化锂易溶于有机电解液，使电极的活性物质逐渐减少，且由于穿梭原理，溶解的多硫化锂会穿过隔膜达到电池的负极锂片上，生成的硫化锂等产物导电性差且不溶解，从而引起电池负极的腐蚀和电池内阻的增加，导致电池的循环性能变差。同时，在循环过程中由于硫的体积的变化比较大，导致电极的完整性被破坏，发生一些副反应，从而使电池容量衰减。

基于以上原因，解决硫基活性材料反应生成的多硫化物易溶解、易穿梭的问题，是改善锂硫电池循环性能和容量衰减问题的关键。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种粘合剂及其制备方法、正极和锂硫电池，以解决现有技术中硫基活性材料反应生成的多硫化物易溶解、易穿梭，从而导致锂硫电池循环性能差和容量衰减快的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种粘合剂，粘合剂包括环氧化天然橡胶乳液和聚乙烯亚胺溶液的混合液。

进一步地，环氧化天然橡胶乳液中环氧化天然橡胶的环氧化程度为15～60mol％。

进一步地，环氧化天然橡胶乳液中的环氧化天然橡胶与聚乙烯亚胺溶液中的聚乙烯亚胺之间的重量比为70～30:30～70。

进一步地，环氧化天然橡胶乳液的质量百分比浓度为15～25％；聚乙烯亚胺溶液的质量百分比浓度为15～30％，聚乙烯亚胺溶液中的溶剂为去离子水。

进一步地，聚乙烯亚胺溶液中的聚乙烯亚胺的相对分子量为15000～50000。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述粘合剂的制备方法，其包括以下步骤：将环氧化天然橡胶乳液和聚乙烯亚胺溶液混合，得到粘合剂。

根据本发明的又一方面，还提供了一种正极，其包括正极集流体和位于正极集流体上的正极材料层，正极材料层的原料包括硫基活性材料、导电剂和上述粘合剂。

进一步地，其特征在于，正极材料层为原料经混合、涂布、固化反应形成，且固化反应的工艺条件为：在50～100℃温度条件下反应12～24h。

进一步地，硫基活性材料、导电剂和粘合剂之间的重量比为(60～80):(4～40):(2～20)。