[发明专利]锂硫电池用粘结剂、包含其的正极和锂硫电池

说明书

本发明涉及一种锂硫电池用粘结剂以及包含所述粘结剂的正极和锂硫电池，特别地，涉及一种包含聚丙烯酸锂和聚乙烯醇的锂硫电池用粘结剂。通过包含两种特定聚合物，所述锂硫电池用粘结剂能够提高正极的电化学性能和稳定性，从而提高锂硫电池的容量和寿命特性。

技术领域

本申请要求于2017年12月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2017-0180625号的权益，并通过参考将其发明内容以其完整形式并入本文中。

本发明涉及一种锂硫电池用粘结剂、包含其的正极和锂硫电池。

背景技术

随着电子装置和通信装置近来迅速变得更小、更轻和更复杂并且考虑到环境问题和石油资源的枯竭而使得电动车辆的必要性已经高度凸显，对于改善用作这些产品的能源的二次电池的性能和寿命的需求日益增加。作为满足这样的需求的二次电池，使用硫基化合物作为正极活性材料的锂硫电池已经受到了关注。

锂硫电池为使用具有硫-硫键的硫基材料作为正极活性材料并且使用锂金属、具有锂离子的嵌入/脱嵌的碳基材料或与锂形成合金的硅、锡等作为负极活性材料的二次电池。

在锂硫电池中，当放电时，在正极中通过硫接受电子而发生还原反应，并且在负极中通过锂被离子化而发生氧化反应。具体地，硫在放电之前为环状S₈，并且使用氧化还原反应来储存和产生电能，其中在还原反应(放电)期间，随着硫-硫键断裂，硫的氧化数减少，并且在氧化反应(充电)期间，随着硫-硫键再次形成，硫的氧化数增加。

特别是，锂硫电池具有1675mAh/g的理论放电容量和2600Wh/kg的理论能量密度，该理论能量密度高达目前研究的锂离子电池(约570Wh/kg)的约5倍，因此是能够获得高容量、高能量密度和长寿命的电池。此外，作为正极活性材料的主要材料的硫具有以下优势：具有低的原子量，由于资源丰富而容易供应，价格低廉，没有毒性，并且环保，因此已经对锂硫电池进行了广泛的研究，其优势在于可用作诸如电动车辆的中到大型装置以及便携式电子装置的能源。

尽管具有高容量特性、环境友好性和经济可行性这样的优点，但锂硫电池尚未商业化，这是因为在实际驱动中随着循环的进行导致容量显著下降而无法确保足够的性能和驱动稳定性，并且由此导致电池寿命急剧下降。因此，已经提出了将锂硫电池的性能和寿命提高到实际可应用水平的多种技术。

作为一例，韩国专利申请公布第2015-0032670号公开了，通过在电解质中包含含氮添加剂、含硫添加剂或有机过氧化物，可以改善电池容量下降的问题。

另外，韩国专利申请公布第2016-0046775号公开了，通过在包含硫碳复合材料的正极活性部位的表面的一部分上设置由两亲性聚合物形成的正极涂层，可以提高锂硫电池的循环性能。

这些专利通过改变电解质组成或在正极中引入涂层而在某种程度上改善了锂硫电池的性能或寿命降低的问题，然而，所述效果不充分。另外，使用添加剂引起导电性劣化或促进电池副反应的问题，并且形成涂层具有耗时且昂贵的缺点，这是因为在表面处理过程中会损失硫。因此，更需要通过有效地防止锂硫电池的容量和寿命降低来开发可商业化的锂硫电池。

现有技术文献

[专利文献]

韩国专利申请公布第2015-0032670号(2015.03.27)，包含电解质添加剂和离聚物制品的电化学电池及其制造和使用方法

韩国专利申请公布第2016-0046775号(2016.04.29)，锂硫电池用正极及其制备方法

发明内容

[技术问题]

作为鉴于上述情况而进行广泛研究的结果，本发明的发明人已经确认了，在正极中使用包含两种不同类型的聚合物的粘结剂改善正极的电化学性能和稳定性，从而提高包含所述粘结剂的锂硫电池的容量和寿命，并完成了本发明。