[发明专利]一种含硫电极、含有该电极的锂硫电池及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池电极，包括集流体和涂敷层，所述涂敷层为n层结构，且2≤n，从集流体到涂层表层依次为第1层、第2层、……、第n层；第i层涂层(1≤i≤n)包括含硫活性物质、导电剂、粘接剂，所述导电剂上接枝有极性官能团，所述极性官能团的质量为所述导电剂的质量的w_i％，所述极性官能团的极性强弱为〥_i，且w_i％≤w_i+1％或/和〥_i≤〥_i+1。越靠近集流体，极性官能团含量越低，导电剂的导电性能越好，有利于降低整体极片的电阻；越靠近涂层表面，极性官能团含量越高或极性越大，导电剂对锂硫化物的吸附作用越强，整体电极固定锂硫化物的能力越强，因此解决锂硫化物扩散至负极影响电池循环性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，尤其涉及一种含硫电极、含有该电极的锂硫电池及其制备方法。

背景技术

自从1991年，碳材料创造性的运用于锂离子电池领域，并带来该领域革命性的变化，即高效而安全的进行多次充放电后，其便被广泛的运用于移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其他便携式电器上。与传统的铅酸、Ni-Cd、MH-Ni电池相比，锂离子电池具有更高的比体积能量密度、比重量能量密度、更好的环境友好性、更小的自放电以及更长的循环寿命等，是二十一世纪理想的移动电器电源、电动汽车电源以及储电站用储电器。

然而随着生活品味的提高，人们对移动用电器提出了更轻、更薄、更小、更持久、价格更低的新需求，相应的便对这些设备的供电器件提出了新的要求；能量密度更高、价格便宜；这其中供电器件(电池)能量密度与用户体验息息相关，备受广大消费者的关注，而现阶段提高电池能量密度的方法主要集中在开发新的正/负极材料，开发新型的正极材料对电池能量密度提升效果尤为显著。

目前商品化的正极材料主要是层状或尖晶石结构的锂过渡金属氧化物(如钴酸锂、锰酸锂)和橄榄石结构的磷酸铁锂等。钴酸锂(LiCoO₂)的理论容量相对较大(275mAh/g)，但实际放电容量仅160mAh/g左右，且其价格高，有一定毒性，而且该正极材料在过充时易发生放热分解反应，不仅使电池容量明显下降，同时对电池安全也造成威胁。锰酸锂(LiMn₂O₄)的理论容量为148mAh/g，实际容量低于130mAh/g，且其压实密度不高，能量密度低，稳定性差，在充放电过程中容易引起晶格变形，导致循环效率偏低。磷酸铁锂(LiFePO₄)的理论容量为172mAh/g，但该正极材料压实密度低，制备出来的电芯能量密度相应较小。上述常用锂离子电池正极材料容量普遍不高，同时也均存在一些问题，不能满足电池开发需求。

单质硫的理论比容量为1675mAh/g，远远高于目前商业使用的正极材料的理论必容量，成为当前电池发展的主要趋势。但是单质硫本身并不导电，必须与导电物质复合才能做成电极，而由于作为导电组分的导电剂的引入，使得正极涂层中硫的含量得到较大幅度的降低，从而降低了锂硫电池的能量密度；同时锂硫电池在充放电过程中，单质硫会转化为多硫化物，而多硫化物会溶于液体有机电解液中，导致在循环过程中活性物质的损失，更为严重的是，溶解的硫化物将在负极析出形成枝晶，具有极大的刺穿隔离膜的风险，从而导致电池的安全性极差。

有鉴于此，确有必要开发出一种新的锂硫电池电极，其不仅能够提高含硫组份在电极中的比例，而且对锂硫化物具有更强的吸附能力。

发明内容