[发明专利]锂硫电池正极用粘结剂及其在锂硫电池制备中的应用

说明书

技术领域

本发明属于电池粘结剂领域，特别涉及一种锂硫电池正极用粘结剂及其在锂硫电池制备中的应用。

背景技术

随着消费电子市场的蓬勃发展，诸如手机、笔记本电脑等消费移动电子设备的功耗不断增加，以及消费者对轻薄型电子产品的偏好，这些都对锂电池的能量密度提出了更高的要求。而传统的锂离子电池在能量密度方面已经难有大幅度的提高，在这种情况下，具有高理论能量密度的锂硫电池引起了人们的广泛关注。锂硫电池通常以单质硫或其他含硫活性物质为正极活性物质，以溶解有锂盐的醚类溶剂或离子液体为电解液，以金属锂或其他含锂物质为负极。虽然锂硫电池在能量密度方面具有优势，其理论能量密度最高可达2600Wh/kg，但其循环衰减过快，难以满足商业化应用的需求。

由于一般锂硫电池正极仍沿用商业锂电正极粘结剂聚偏氟乙烯，这种粘结剂在锂硫电池所用的醚类电解液中溶胀现象严重，粘结性能容易下降，导致锂硫电池正极在循环过程中容量衰减较大。同时，聚偏氟乙烯的价格相对较高，使用其作为正极粘结剂会导致锂硫电池的生产成本过高。聚偏氟乙烯在使用时一般要用N-甲基吡咯烷酮等价格较贵的有机溶剂才能将其溶解，N-甲基吡咯烷酮沸点较高，导致电极片干燥温度高，干燥时间长，这容易使电极片中的单质硫挥发而产生容量损失。此外，N-甲基吡咯烷酮还具有一定毒性，其大鼠半数致死量为3.8mL/kg，长期吸入可致中枢神经系统机能障碍。

有研究者采用羟甲基纤维素和丁苯橡胶混合物或者动物明胶作为正极粘结剂，在一定程度上改善了锂硫电池的循环性能，但其循环次数仍不足100次，难以与商业锂离子电池相竞争。此外，由于丁苯橡胶含有较为活泼的碳碳双键，易与锂硫电池电极反应的中间产物发生反应，而动物明胶则对酸、碱、酶、热等较为敏感，稳定性较差，易水解为低分子量的多肽，因此，开发性能更为优良的锂硫电池用正极粘结剂是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂硫电池正极用粘结剂，所述粘结剂在醚类电解液中的稳定性好，将其应用于锂硫电池正极时能大幅提升其循环稳定性，具有较高的实际应用价值。

本发明提供的锂硫电池正极用粘结剂中包括糊化淀粉。

上述技术方案中，所述粘结剂由50～95wt%的糊化淀粉与50～5wt%的添加剂组成。

上述技术方案中，所述添加剂为羟甲基纤维素钠、聚乙烯醇中的至少一种；添加聚乙烯醇能改善本发明所述粘结剂的贮藏性能；在使用时，羟甲基纤维素钠可调节粘结剂浆料的粘度，加强各组分之间的相容性以及涂膜时涂布的均匀性。

上述技术方案中，所述粘结剂优选为由70～95wt%的糊化淀粉与30～5wt%的添加剂组成，进一步优选为由85～95wt%的糊化淀粉与15～5wt%的添加剂组成。

上述技术方案中，当添加剂为羟甲基纤维素钠与聚乙烯醇时，羟甲基纤维素钠与聚乙烯醇的质量比为1:4～4:1。

上述技术方案中，糊化淀粉起粘结作用，将淀粉在热水中进行糊化处理后得到糊化淀粉，在糊化处理时可以加入过氧化氢、次氯酸盐等氧化剂或者氢氧化锂等碱性物质来降低糊化温度，促进糊化过程的进行，改善糊化产物的性能。具体可采用如下方法制备糊化淀粉：向1质量份可溶性淀粉中加入3质量份水以及0.3质量份30wt%的过氧化氢溶液，混合均匀后在58℃保温2小时，然后加入0.3质量份氢氧化锂并混合均匀，在58℃保温2小时，最后将所得产物在100℃保温至去除水分，即得。

本发明所述锂硫电池正极用粘结剂的制备方法如下：按照上述粘结剂配方中的比例计量糊化淀粉和添加剂，然后将它们研磨或球磨至混合均匀即得。

本发明还提供了一种上述粘结剂在锂硫电池制备中的应用。

采用所述锂硫电池正极用粘结剂制备锂硫电池正极的过程一般为：将所述锂硫电池正极用粘结剂与含硫活性物质、导电剂按比例混合均匀，然后均匀分散于水中制成浆料，或先将所述锂硫电池正极用粘结剂分散于水中，然后加入含硫活性物质与导电剂并混合均匀制得浆料；将所得浆料均匀涂覆于导电集流体上，干燥，即得到锂硫电池正极；