[发明专利]一种具有自修复性能的锂硫电池粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明为一种具有自修复性能的锂硫电池粘结剂及其制备方法和应用。该粘结剂为一种新型的含有大量巯基官能团侧链的交联网络聚合物，通过含二硫代环状碳酸酯的组分A和含有氨基官能团的组分B反应生成，并将其作为锂硫电池正极材料粘结剂；利用巯基之间能够相互反应，生成具有自修复性能的二硫键，进而二硫键的生成能够修复正极在充放电过程中由于活性物质体积变化导致的结构破坏，有效抑制锂硫电池的主要问题之一“穿梭效应”，最终有效提高锂硫电池的放电比容量和电化学循环性能。

技术领域：

本发明属于锂硫电池粘结剂领域。具体涉及一种具有自修复性能的锂硫电池粘结剂的制备及其应用。

背景技术：

随着人类社会和世界经济的发展，传统化石燃料的不断消耗，伴随着严重的环境污染和生态破坏，已难以满足日益增长的能源需求。人们对通过清洁和可再生能源以及高性能储能系统的实际应用来缓解能源危机寄予厚望。锂离子电池作为一种典型的可充电储能设备，一直主导着全球的蓬勃发展。然而随着先进便携式电子产品和电动汽车对能量密度的要求不断提高，锂离子电池的比容量越来越接近其理论极限。高能量密度的电化学储能技术和系统成为电池的研究热点，其中锂硫电池的发展备受关注。(Advanced EnergyMaterials,2018,8,1802107)锂硫电池因其具有比现有商业化的锂硫电池更大的理论比容量和能量密度，还具有高电压、循环寿命长、内阻小等优点(Nature,2001,414,359-367)，而成为潜在的一种可应用的新型高性能锂硫电池(Advanced Materials,2015,27,1980-2006)。

粘结剂又称粘合剂、胶黏剂和粘着剂等，一般为高分子聚合物。粘结剂通常是惰性的，不导电的，并且通常以小剂量加入到电极中。然而，粘结剂在硫正极中起着不可或缺的作用，基本作用是提供活性物质、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。(Advanced Energy Materials,2018,8,1802107)粘结剂对整个电池的性能，如充放电比容量、循环寿命、内阻、快速充电时的内压等都有很大的影响。聚偏氟乙烯(PVDF)是传统的锂硫电池正极粘结剂，但PVDF存在自身机械强度有限，耐高温性能差且在电解液中易溶胀等缺点，使其不能有效地抑制充放电过程中电极材料的体积变化，而导致电极材料结构被破坏，降低了电池的充放电比容量及循环稳定性(Journal of EnergyChemistry,2020,43,165-172)。因此，研究开发高性能的锂硫电池粘结剂成为了当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种具有自修复性能的锂硫电池正极粘结剂及其制备方法和应用。该方法首次将含二硫代环状碳酸酯的组分A和含有氨基官能团的组分B反应，生成了一种新型的含有大量巯基官能团侧链的交联网络聚合物，并将其作为锂硫电池正极材料粘结剂；利用巯基之间能够相互反应，生成具有自修复性能的二硫键，进而二硫键的生成能够修复正极在充放电过程中由于活性物质体积变化导致的结构破坏，有效抑制锂硫电池的主要问题之一“穿梭效应”，最终有效提高锂硫电池的放电比容量和电化学循环性能。

本发明的技术方案为：

一种具有自修复性能的锂硫电池粘结剂，该粘结剂为含有大量巯基官能团侧链的交联网络聚合物，其结构式如下：

其中，结构式中波浪纹代表扩散的聚合物链段，聚合物的分子量在10000-1000000g/mol之间。

所述的具有自修复性能的锂硫电池粘结剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

将含二硫代环状碳酸酯的组分A和含氨基官能团的组分B加入到溶剂中，得到混合溶液，搅拌反应1.5～5h后，再经过旋蒸除去溶剂，得到具有自修复性能的锂硫电池粘结剂；

其中，质量比为，组分A：组分B＝(10)：(1～10)；每克溶剂加入8～12mg含二硫代环状碳酸酯的组分A；

所述的溶剂纯度为80％；