[发明专利]一种锂硫电池的正极极片及其制造方法

说明书

 

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种采用海藻酸及其盐类作为粘结剂的锂硫电池正极极片的制造方法。

背景技术

随着电子技术的迅猛发展，便携式电子设备已经广泛应用于生活的各个领域。便携式设备小、轻、薄的特性对化学电源能量密度方面提出了更高的要求。以单质硫为正极的锂硫电池电化学反应如下：S₈+Li?Li₂S_x(1≤x≤8)?Li₂S。按照最终还原反应产物Li₂S计算，单质硫的理论比容量是1672mAh/g，金属锂具有理论比容量3860mAh/g，锂/硫氧化还原对（Li/S）的理论能量密度高达2600Wh/kg。锂硫电池具有高能量密度、低成本的优势，因此成为近年来倍受关注和投入较多研究的二次绿色化学电源。

授权号为CN 101399329 B的中国专利提供了一般锂硫电池正极的制备方法，包括：将活性物质、导电剂与粘结剂在相应的溶剂中混合均匀，然后涂覆在集流体上，通过干燥除去溶剂，得到正极极片。粘结剂是电极制造能否成功的关键。以往的锂硫电池中，正极粘结剂多为聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯等。前两者粘附性能较差，而后者需采用N-甲基吡咯烷酮等高沸点溶剂，需要在较高温度下（>90℃）干燥极片，极易造成活性物质硫的升华损失。

发明内容

本发明解决的问题是现有锂硫电池正极极片性能不好；为解决所述问题，本发明提供一种锂硫电池正极极片及其制造方法。

本发明提供的一种锂硫电池正极极片的制造方法，包括：

步骤一、将粘结剂溶解于水，制成溶液，所述粘结剂采用海藻酸或其盐类；

步骤二、将正极活性物质、导电剂加入所述溶液，制成正极活性物质浆料；

步骤三、将所述浆料涂覆在集流体表面，经干燥，制成锂硫电池正极极片。

进一步，所述海藻酸为由古洛糖醛酸与其立体异构体甘露糖醛酸通过α-1,4糖苷键链接，所形成的无支链的线性嵌段共聚物。

进一步，所述海藻酸为海藻酸钠、海藻酸锂中的一种。

进一步，所述的粘结剂的水溶液质量浓度为0.1%~5%。

进一步，所述正极活性物质的材料为单质硫、硫碳复合材料、硫化物中的一种。 

进一步，所述导电剂为超导碳黑、乙炔黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管等中的一种或多种。

进一步，所述集流体的材料为铝箔、涂炭铝箔、腐蚀铝箔中的一种。

进一步，干燥温度为50~100℃。

进一步， 干燥后，锂硫电池正极极片中，粘结剂的质量比例为5%~15%，导电剂的质量比例为10%~40%。

本发明还提供通过本发明所提供的方法形成的锂硫电池正极极片。

本发明的有益效果包括：（1）与集流体粘合力好，（2）可以缓冲电极材料的膨胀与收缩，（3）以水为溶剂，清洁环保，（4）原料成本低廉。

 

附图说明

图1为本发明的锂硫电池正极极片制造工艺流程图。

图2为本发明的实施例1所制备的单质硫正极极片首次放电曲线。

图3为本发明的实施例1所制备的单质硫正极极片循环性能曲线。

图4为本发明的实施例2所制备的硫/碳复合材料正极极片首次放电曲线。

图5为本发明的实施例2所制备的硫/碳复合材料正极极片循环性能曲线。

图6为本发明的实施例3所制备的硫化聚合物正极极片首次放电曲线。

图7为本发明的实施例3所制备的硫化聚合物正极极片循环性能曲线。

 

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细阐述。

锂硫电池中，硫的放电产物最终形成硫化锂Li₂S。硫的体积密度（2.03g/cm³）比Li₂S的（1.67g/cm³）约高出20%，锂硫电池的正极硫与硅相似，也存在着一定的体积膨胀问题。因此电极制备的过程中也要考虑电极结构能承受或缓冲由充放电过程引起的膨胀与收缩问题。

发明人经过研究，在本发明中提供一种锂硫电池正极极片及其制造方法。

本发明提供的一种锂硫电池正极极片的制造方法，包括：

步骤一、将粘结剂溶解于水，制成溶液，所述粘结剂采用海藻酸或其盐类；