[发明专利]一种可加速氧化还原过程的锂电池粘结剂及其制备与应用

说明书

本发明为一种可加速氧化还原过程的锂电池粘结剂及其制备与应用。所述的粘结剂为含有二硫键的线性聚合物PUS、含有二硒键的线性聚合物PUSe或基于二硒键的聚氨酯型高分子聚合物(PUPEG‑2000)；制备中，将“氧化还原辅介体”的概念引入粘结剂，以胱胺二盐酸盐或硒代胱胺二盐酸盐为原料，通过一步聚合合成了PUS或PUSe，或者进一步合成基于二硒键的聚氨酯型高分子聚合物(PUPEG‑2000)；并将它们作为锂电池电极材料粘结剂。本发明的粘结剂可以加速电极的氧化还原动力学过程，有效提高锂电池的放电比容量和电化学循环性能。

技术领域：

本发明属于锂电池粘结剂领域。具体涉及一种可加速氧化还原过程的锂电池粘结剂的制备与应用。

背景技术：

近年来，随着社会的快速发展，能源消耗日益增加，开发利用新能源已成为世界各国能源转型战略的核心内容和应对气候变化的主要途径。锂电池因具有高电压、高能量密度、循环寿命长和绿色环保等优点而受到广泛关注(Nature,2001,414,359-367)。锂电池包括锂离子电池和锂硫电池等类型，其中锂离子电池已经被广泛应用于各种便携式电子设备以及电动汽车中；锂硫电池有高于锂离子电池近3～5倍的比容量(1675mA·h·g^-1)和高理论能量密度(2600Wh·kg^-1)，是一种具有发展前景的储能系统(Nature Energy,2016,1,16132)。

粘结剂是一种连接电极活性物质、导电剂和集流体并使它们之间具有整体连续性和良好机械性能的材料，其主要作用是粘结和保持活性物质，稳定电池极片的结构和减少电极的阻抗等，对电极乃至整个电池的性能(内阻、容量、循环寿命、比能量等)均有很大的影响。聚偏氟乙烯(PVDF)是最先得到广泛应用的锂电池电极粘结剂，耐电化学腐蚀能力强，可应用于正负极材料。但PVDF的粘附力主要产生于相对较弱的范德华力，电池测试期间PVDF在电解质中会出现溶胀效应，粘结能力变差，不能够适应电极的体积变化，而导致电极材料结构被破坏，降低了电池的充放电比容量及循环稳定性(Journal of EnergyChemistry,2020,43,165-172)。因此，设计新型多功能聚合物粘结剂以替代PVDF用于下一代锂电池非常重要。

专利“一种具有自修复性能的锂电池粘结剂的制备方法及其应用(申请号202010715958.4)”，是将含有多氨基官能团的组分和含有双硫内酯官能团的组分反应，生成了一种新型的含有大量巯基官能团侧链的交联网络聚合物，巯基之间相互反应生成的二硫键能够修复锂电池在充放电过程中因活性物质粉化或体积变化而被破坏的正极结构。由于硫内酯中硫元素的含量较低，该方法存在着可利用的活性官能团较少的局限。

发明内容

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种可加速氧化还原过程的锂电池粘结剂及其制备与应用。所述的粘结剂为含有二硫键的线性聚合物PUS、含有二硒键的线性聚合物PUSe或基于二硒键的聚氨酯型高分子聚合物(PUPEG-2000)；制备中，将“氧化还原辅介体”的概念引入粘结剂，以胱胺二盐酸盐或硒代胱胺二盐酸盐为原料，通过一步聚合合成了PUS或PUSe，或者进一步合成基于二硒键的聚氨酯型高分子聚合物(PUPEG-2000)；并将它们作为锂电池电极材料粘结剂。本发明的粘结剂作为氧化还原辅介体与锂离子电池负极或锂硫电池的硫正极反应生成氧化还原介导能力更强的产物，从而加速电极的氧化还原动力学过程，有效提高锂电池的放电比容量和电化学循环性能。

本发明的技术方案为：

一种可加速氧化还原过程的锂电池粘结剂，该粘结剂为以下三种化合物之一：

化合物一，PUS，其结构式如下：

其中，n＝50～100；

或者，化合物二，PUSe，其结构式如下：

其中，n＝30～70；