[发明专利]一种锂硫电池粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂硫电池粘结剂及其制备方法和应用，属于锂电池粘结剂技术领域。该粘结剂由甲醚化氨基树脂和溶剂组成，所述甲醚化氨基树脂的浓度为5～20wt％。其是将甲醚化氨基树脂分散于溶剂中，加热至30～80℃，待甲醚化氨基树脂完全溶解后，冷却至室温制得。本发明的粘结剂具有良好的机械性能，有利于缓冲电极体积膨胀；粘结剂中含有的大量富氮官能团不仅可以通过化学键合捕集多硫化物很好地抑制多硫化锂穿梭效应，而且可以促进锂离子的迁移。经实验证明，采用本发明的粘结剂所制得的锂硫电池相对于传统的粘结剂在循环性能和倍率性能等电化学性能上均有明显的提升。

技术领域

本发明涉及锂电池粘结剂技术领域，具体涉及一种锂硫电池粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池(Li-S)是指以金属锂为负极，单质硫或者硫的化合物为正极的高能量二次电池体系，理论比能量高达2600Wh/kg，具有其它电化学储能体系无法比拟的高比能特性，其比容量远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池(150mAh g^-1)。此外，硫在自然界的储量十分丰富，且硫及其中间产物和放电产物均无毒，符合绿色化学的要求。因此，锂硫电池因其高理论能量密度、低成本和环境友好性等特点而受到广泛关注，使其具有重要的社会、经济和环境效益以及非常广阔的商业价值与应用前景。

然而，锂硫电池仍然存在一些严重问题，如硫的绝缘性，电极充放电过程中的巨大体积膨胀(78％)和可溶性多硫化物穿梭效应的影响等，都阻碍其商业应用。为了克服这些困难，相关研究人员已经做了大量努力，比如构建各种纳米结构的硫基正极，优化电解液成分，电池隔膜改性。除此之外，研究人员们还开发各种新型的锂硫电池粘结剂，提高了电池的性能。

粘结剂是锂硫电池正极材料中重要的组成部分，其用量虽少，但对电极的结构和形貌具有至关重要的影响。电极中加入粘结剂主要是为了粘附活性电极物质和导电剂，使极片组分与集流体有良好接触；同时稳定极片内部结构，缓解电极材料在电池循环过程中带来的体积收缩膨胀应力变化。传统的粘结剂如聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)等，化学吸附多硫化锂能力差，且机械性能不够良好，不利于控制多硫化物的穿梭效应和较大的体积膨胀。

因此，十分有必要研发一种机械性能好、能够有效抑制穿梭效应、稳定性好的新型粘结剂以提升锂硫电池的电化学性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂硫电池粘结剂，该粘结剂不仅具有良好的机械性能、有利于缓冲电极体积膨胀，同时能够抑制穿梭效应、促进锂离子的迁移。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种锂硫电池粘结剂，所述粘结剂由甲醚化氨基树脂和溶剂组成，所述甲醚化氨基树脂的浓度为5～20wt％。

作为本发明优选的实施方式，所述甲醚化氨基树脂选自以下三种甲醚化氨基树脂中的一种：

作为本发明优选的实施方式，所述溶剂选自乙醇、丙三醇、正丁醇中的至少一种。

本发明还提供了如上所述的锂硫电池粘结剂的制备方法，其包括以下步骤：将甲醚化氨基树脂分散于溶剂中，加热至30～80℃，待甲醚化氨基树脂完全溶解后，冷却至室温，得到甲醚化氨基树脂浓度为5～20wt％的所述粘结剂。

本发明还提供了一种锂硫电池的极片，所述极片包含正极活性物质、导电添加剂、以及如上所述的粘结剂。

作为本发明优选的实施方式，所述极片是按照如下步骤制成的：将所述粘结剂、正极活性物质、导电添加剂经过配料匀浆后，涂敷于涂炭铝箔上，真空干燥后即得所述极片。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：