[发明专利]一种锂硫电池粘结剂及其制备方法、正极材料

说明书

本发明涉及一种锂硫电池粘结剂及其制备方法、正极材料。粘结剂包括如式(1)所示结构单元组成的聚合物，还包括具有聚烯基结构的羧酸类化合物的溶液，并提供了锂硫电池粘结剂的制备方法；本发明还涉及包括上述锂硫电池粘结剂的锂硫电池正极材料。本发明的技术方案通过提供一种能降低多硫离子溶解穿梭的锂硫电池粘结剂，将多硫离子束缚在正极内、有效抑制溶解损失，并能有效吸附多硫化物、提高离子传导效率；同时通过其网状交联结构与磺酸基团与多硫化物存在的化学作用实现了较佳的机械性能，能起到稳定电极结构、抵抗电极充放电过程中体积变化的作用。

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粘结剂、正极材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池因其高理论能量密度等优点，被认为是极具潜力的下一代高能量电池体系，成为全世界的研究热点。锂硫电池一般是以单质硫为正极活性物质，金属锂为负极并使用有机液态电解液的二次电池体系，研究发现，单质硫发生氧化还原反应时得失双电子，其作为正极材料时理论比容量达到1672mAh·g^-1，与金属锂组成的锂硫电池理论比能量高达2500Wh·kg^-1。此外，单质硫在自然界储量丰富、价格便宜、环境友好，因而是目前最具潜力的新型储能材料，锂硫电池体系也被视为新一代的高能量密度电极材料体系。

锂硫电池的优势众所周知，然而在研究过程中不可避免遇到许多问题，如活性物质硫利用率低、硫与载体碳接触性差、正极易变性、体积膨胀等这些问题极大地阻碍了锂硫电池的实用化路程。

为了解决锂硫电池研究过程中的问题，需要制备具有优异电化学性能的硫正极材料，粘结剂作为正极材料的重要部分对制备优异电化学性能的硫正极材料起着关键作用：包括增强活性物质、导电剂和集流体之间的粘合力，保证电极在循环过程中的结构稳定性和完整性。现有技术中的粘结剂的粘结性能不足，导致电极片制备过程中活性物质容易脱落，硫活性物质利用率降低；其次，现有粘结剂普遍在醚类电解液中溶胀现象严重，使其粘结性能进一步下降，导致电池容量快速衰减；另外，在这些粘结剂的使用过程中，需采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)等价格较贵、对环境有害的有机溶剂，而且此类有机溶剂沸点较高，导致电极片干燥温度高、干燥时间长，降低了电池的生产效率。

现有技术中的粘结剂在抑制多硫化物穿梭效应方面存在不足、不能有效抑制溶解损失，导致电极片制备过程中活性物质容易脱落，硫活性物质利用率降低；其次，现有粘结剂普遍在醚类电解液中溶胀现象严重，无法有效抵抗电极充放电过程中的体积变化，导致电池容量快速衰减；另外，在这些粘结剂的使用过程中，需采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)等价格较贵、对环境有害的有机溶剂，而且此类有机溶剂沸点较高，导致电极片干燥温度高、干燥时间长，降低了电池的生产效率。

发明内容

(一)发明目的

本发明的技术方案通过提供一种能降低多硫离子溶解穿梭的锂硫电池粘结剂，将多硫离子束缚在正极内、有效抑制溶解损失，并能有效吸附多硫化物、提高离子传导效率；同时通过其网状交联结构与磺酸集团与多硫化物存在的化学作用实现了较佳的机械性能，能起到稳定电极结构、抵抗电极充放电过程中体积变化的作用。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锂硫电池粘结剂，包括如式(1)所示结构单元组成的聚合物：

式(1)中，R为具有取代基或无取代基的亚烷基或具有取代基或无取代基的亚芳基、亚杂芳基，x为1-12的整数，n各自独立的为≥1的整数；

进一步地，式(1)具体结构如式(2)所示：

式(2)中，R为具有取代基或无取代基的亚烷基或具有取代基或无取代基的亚芳基、亚杂芳基，x为1-12的整数，n各自独立的为≥1的整数；