[发明专利]锂硫电池的正极及其制备方法和电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种锂硫电池的正极及其制备方法和包含该正极的电池。

技术背景

硫系正极材料以其高容量、低成本、无污染等优点，成为最具有发展前途的二次锂电池正极材料。

硫系正极材料主要有无机硫化物、有机二硫化物、聚有机二硫化物、有机多硫化物、聚硫代化物、碳-硫聚合物和单质硫。单质硫的比容量可达1675毫安时/克，质量比能量为2600瓦时/千克，是人们目前所了解的正极材料中比容量最高的。这种电池体系的开路电压在2伏左右，但其质量比能量和体积比能量分别达到了450瓦时/千克和500瓦时/升，能够满足3G型蜂窝移动电话和未来笔记本电脑对电源的要求。而且随着微机电系统或微小器件的发展，2伏左右的电源也将成为未来化学电源发展的主流。

锂硫电池存在的比较明显的不足之处有：活性物质利用率低；循环性能差，放电时形成的多硫化合物溶解到电解液中造成活性物质损失，容量逐渐衰减；另外，生成无序的Li₂S₂和Li₂S的部分不可逆反应也影响了电池的性能。

CN1294666C中公布了一种制备硫电极的方法，该方法中采用包括丁二烯基共聚物的粘合剂。根据该方法提供的锂硫电池的电化学活性和电化学可逆性不高，且粘合剂具有毒性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中锂硫电池的正极电化学活性和电化学可逆性不高、粘合剂具有毒性的缺点，提供一种具有较高电化学活性和电化学可逆性的无毒的锂硫电池的正极。

本发明提供的锂硫电池的正极，该正极包括导电基体和负载于该导电基体上的正极材料，所述正极材料包括单质硫、导电剂和粘合剂，其中，所述粘合剂为多孔聚乳酸，该正极材料为多孔结构。

本发明提供的锂硫电池的正极的制备方法包括，将一种含有单质硫、导电剂和熔融状态的多孔聚乳酸的正极浆料涂敷在导电基体上，将涂敷上正极浆料的导电基体冷却至多孔聚乳酸的凝固温度以下。

本发明提供的锂硫电池，该电池包括电极组和非水电解液，所述电极组和非水电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极和隔膜，所述正极为本发明所提供的正极。

本发明提供的锂硫电池的正极的制备过程中采用多孔聚乳酸做为粘合剂，并在配制正极材料浆料的同时，采用粒子滤出法造孔，使电极材料层具有多孔结构，从而提高了使用所述正极的锂硫电池的电化学活性和电化学可逆性。而且，本发明提供的锂硫电池是一种无毒的环保电池。

具体实施方式

本发明提供的锂硫电池的正极，该正极包括导电基体和负载于该导电基体上的正极材料，所述正极材料包括单质硫、导电剂和粘合剂，其中，所述粘合剂为聚乳酸多孔粘合剂，该正极为多孔结构。

所述正极材料多孔结构的孔隙率为10-50％。

所述正极导电基体没有特别限制，其种类已为本领域技术人员所公知，例如可以选自铝箔、铜箔、冲孔钢带。在本发明的具体实施方式中使用铝箔作为正极导电基体。

所述正极材料中的导电剂没有特别限制，可以为本领域常规的正极导电剂，比如导电碳黑、乙炔黑和导电石墨中的一种或几种。以单质硫的重量为5重量份，所述导电剂的含量为1-4重量份，优选为2-3重量份。

正极材料中，所述多孔聚乳酸的含量为，以单质硫的重量为5重量份，多孔聚乳酸的含量为2-20重量份，优选为5-15重量份。

本发明提供的锂硫电池的正极的制备方法包括，将一种含有单质硫、导电剂和熔融状态的多孔聚乳酸的正极浆料涂敷在导电基体上，将涂敷上正极浆料的导电基体冷却至多孔聚乳酸的凝固温度以下。

所述单质硫、导电剂和粘合剂的用量比为，以单质硫的重量为5重量份，粘合剂的含量为2-20重量份、优选为5-15重量份，导电剂的含量为1-4重量份、优选为2-3重量份。

所述正极浆料的制备方法包括将单质硫、导电剂和多孔聚乳酸混合，在使多孔聚乳酸熔融的温度下研磨15-45分钟。

所述聚乳酸是指由乳酸共聚生成的聚合物，低分子量聚乳酸为白色半透明颗粒。优选情况下，本发明使用的聚乳酸的重均分子量在400-5000之间，符合上述条件的聚乳酸可以通过商购获得，如安姆根有限公司的聚乳酸。