[发明专利]一种用于锂硫电池正极的多功能粘结剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂硫电池正极的多功能粘结剂及其制备方法，所述多功能粘结剂主要由如下重量份数的原料制备得到：聚丙烯酸50～99份；聚轮烷0～30份；阳离子聚轮烷1～30份；交联剂0.01～1份；所述交联剂含有至少两个反应基团，至少一个所述反应基团与所述聚丙烯酸的羧基反应，至少一个所述反应基团与所述聚轮烷和阳离子聚轮烷中环糊精的羟基反应。本发明的多功能粘结剂表现出优异的力学强度和弹性，能有效地保护硫正极的结构稳定性，而且能高效地吸附锂硫电池中的多硫化物，从而抑制其引发的穿梭效应，有效提高锂硫电池的循环比容量和循环稳定性，而且绿色环保，具有很好的应用价值。

技术领域

本发明涉及二次电池材料技术领域，更具体地，涉及一种用于锂硫电池正极的多功能粘结剂及其制备方法。

背景技术

可充电电池(二次电池)广泛应用于汽车、电子、通讯等领域，研究和开发新型材料，以提高电池的容量和延长使用寿命，对于该领域的发展具有重要意义。锂硫电池具有优异的能量密度(2,060Wh/kg)和理论比容量(1,675mAh/g)，其正极利用硫为活性材料，具有成本低廉、比重低以及低毒性等优点。锂硫电池制备方便，有望满足人们对新能源电池越来越高的需求，近年来受到广泛关注。

然而，锂硫电池仍然面临着一些亟需解决的关键问题，主要包括：(1)在充放电过程中正极材料会发生体积膨胀(约为80％)，破坏正极材料的完整性，使得锂硫电池的循环稳定性下降；(2)中间产物聚多硫化合物在电解液中容易发生溶解，带来严重的穿梭效应，导致活性物质的利用率降低，使锂硫电池的循环比容量发生急剧衰减。

粘结剂是锂硫电池正极材料的重要组成部分，大约为正极材料含量的5～10％。粘结剂在锂硫电池正极中不仅将导电剂和活性物质牢固粘结在一起，以保证活性物质与导电剂良好接触，还将导电剂和活性物质稳定地粘附在集流体上，使正极材料在循环充放电过程中维持结构稳定和有利于电子/离子的传输。硫正极的结构破坏主要源于循环充放电过程中电极的体积膨胀，导致导电剂以及活性物质的破损脱落。另一方面，可溶性多硫化物的穿梭效应造成活性物质的逐渐损失，使电池的容量大幅度下降。因此，提高锂硫电池正极用粘结剂的力学与功能性十分重要，通常要求粘接剂不仅具有良好的机械性能、热稳定性、电化学稳定性、良好的加工性能，还应具有价格低廉、环境友好等优点。

目前，锂硫电池正极的粘结剂主要采用聚偏氟乙烯(PVDF)，它是一种半结晶性的聚合物，粘结强度不高，主要依靠范德华力与多硫化物发生作用，不能有效地抑制穿梭效应，导致循环稳定性不高。此外，使用PVDF时需采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂制备正极材料，NMP不仅沸点高难以去除干净，烘干耗时长耗能大，且在烘干过程易损耗硫活性物质，挥发性溶剂的生物毒性不利于环境保护。

因此，需要开发出能够有效提高循环稳定性且绿色环保的锂硫电池正极用粘结剂。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种用于锂硫电池正极的多功能粘结剂，提供的多功能粘结剂表现出优异的力学强度和弹性，能有效地保护硫正极的结构稳定性，而且能有效地吸附锂硫电池中的多硫化物，从而抑制其引发的穿梭效应，有效提高锂硫电池的循环比容量和循环稳定性，还有助于锂硫电池中的Li⁺在正极极片的传导，而且绿色环保，具有很好的应用价值。

本发明的另一目的在于提供上述多功能粘结剂的制备方法。

本发明的又一目的在于提供上述多功能粘结剂制备的锂硫电池正极材料。

本发明的又一目的在于提供上述锂硫电池正极材料制备的锂硫电池正极。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于锂硫电池正极的多功能粘结剂，主要由如下重量份数的原料制备得到：

所述聚轮烷由环糊精与线性高分子经超分子自组装得到；所述阳离子聚轮烷由聚轮烷接枝含阳离子基团得到；