[发明专利]一种锂硫二次电池的正极片的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种锂硫二次电池的正极片，尤其涉及一种采用磷酸化壳聚糖作为正极粘结剂的锂硫二次电池的正极片，属于电池技术领域。

背景技术

近年来，小巧、轻便和高性能的电子和通讯设备的迅速发展，要求开发高性能和大容量的电池以作为这类设备的电源。现有锂离子电池体系难以满足未来便携式电子器件和移动交通等领域对电源轻量化、小型化、低成本和无毒性的需求。高能量密度的锂二次电池的研发已引起了越来越多的关注，其中尤以单质硫为正极、金属锂为负极的锂硫二次电池体系为著。

单硫正极材料其比容量高达1675mAh·g^-1，最高的理论能量密度为2800kw/kg，是已知固体正极材料中能量密度最高的，且硫单质储量丰富、价格低廉、安全低毒，因而具有十分广阔的应用前景。但是，硫单质是典型的电子绝缘体，电化学活性差；放电最终产物为Li₂S引起体积膨胀，导致硫正极在充放电循环中结构松散乃至被破坏；硫电极充放电过程中形成的锂多硫化物Li₂S_n易溶于电解液，发生“穿梭效应”。多硫化物的溶解导致的穿梭效应是锂硫电池最关键的难题之一，其降低了电池比容量、循环性能和硫的利用率。随着放电过程的进行，导电性差的放电最终产物Li₂S和Li₂S₂会以固态膜的形式覆盖到正极活性材料的表面，从而阻碍电解质与电极活性材料间的电化学反应。

为了解决上述问题，人们提出了许多解决方法。主要是从改善碳材料、聚合物包覆、锂负极改性、正极材料添加剂、粘结剂等方面着手。

粘结剂是化学电源正负极的重要组成部分，对电极乃至整个电池的性能如容量、循环寿命、内阻、快速充电时的内压等都有很大的影响。对粘结剂的要求包括不与多硫化物反应，强化正极机械整体性的能力，在电池工作温度下的稳定性，在浆料所用有机溶剂中的溶解性，在电解液中的不溶解性，以及高地粘附性。锂硫电池材料中常用的粘结剂包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEO)等；水性粘结剂包括明胶、β-环糊精、羧甲基纤维素纳(CMC)和丁苯橡胶(SBR)等。

中国专利CN101577323公开了一种二次锂硫电池正极粘结剂的制备方法，采用β-环糊精作为锂硫电池正极粘结剂，获得了循环性能比较稳定的硫基正极。作为水性粘结剂，首先要求粘结剂在水中的溶解性好，而β-环糊精在室温下水中溶解度仅为1.85g，虽然加热可以提高β-环糊精在水中的溶解度，但随着水分蒸发，β-环糊精会重新结晶，不能起到将硫基材料粘合的效果。中国专利CN101399329A公开了明胶作为二次锂硫电池正极粘结剂，将单质硫、导电剂涂覆在集流体上，可以提高电极的粘合性和分散性。但明胶水溶液体系不稳定，在酸、碱、热、酶的影响下，其分子的长肽链将不断地水解，生成低分子多肽，导致性能变化，特别是丧失凝冻能力。中国专利03131475.9公开了丁二稀基共聚物作为二次锂硫电池正极粘合剂。中国专利CN201010270587.X公开了一种天然阿拉伯胶或改性阿拉伯胶作为二次锂硫电池正极粘结剂，与含硫材料、导电剂均匀混合并分散于水中，然后涂覆在集流体上，干燥后压片得到一种二次锂硫电池正极。中国专利CN201010599774.2公开了一种以羰基化的β-环糊精替代β-环糊精作为二次锂硫电池正极粘合剂，提高了其在水中的溶解性，将羰基化的β-环糊精与含硫材料、导电剂分散于水中，然后涂覆在集流体上，干燥后压片得到一种二次锂硫电池正极。

发明内容

本发明提供了一种锂硫二次电池的正极片的制备方法，该正极片中采用磷酸化壳聚糖作为粘结剂，解决了背景技术中的不足，该磷酸化壳聚糖一方面可以作为粘结剂，同时还能够作为吸附剂来吸附多硫化物，以有效地抑制多硫化锂在充放电过程中的溶解。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种锂硫二次电池的正极片的制备方法，包括以下步骤：将导电剂、电化学活性物质以及正极粘结剂组成混合材料，将混合材料分散于水中并混合均匀，然后涂覆在集流体上，干燥后压片，即可制得锂硫二次电池的正极片；所述的混合材料中导电剂的质量百分比为30～70wt%，电化学活性物质的质量百分比为30～70wt%，正极粘结剂的质量百分比为5～10wt%，所述的导电剂为碳材料；所述的电化学活性物质为硫；所述的正极粘结剂为磷酸化壳聚糖。