[发明专利]一种无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极材料，更具体地说，是一种改性硫电极材料。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高，自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽、循环寿命 长等优点，是目前综合性能较好二次电池体系，并已广泛应用于手机、数码相机和笔记 本电脑等便携式电子设备上。然而随着电子电动设备的不断发展，尤其是近年来电动汽 车和混合动力汽车的兴起，传统锂离子电池已经越来越难以满足人们对于电池能量的需 求。传统锂离子电池正极材料以过渡金属氧化物为主(如LiCoO₂、LiMnO₂和LiFePO₄等)， 虽然具有循环寿命长、安全性好等优点，但是受到其相对较低的理论比容量限制，难以 满足动力电池对高能量密度的需求。锂硫电池是以单质硫为正极，金属锂为负极的电池 体系。单质硫拥有1675mAhg^-1的理论比容量，对应的锂硫电池拥有2600Whkg^-1的理 论比能量，是目前商业化锂离子电池实际所能达到的近10倍左右，同时活性物质硫的 来源广泛，价格低廉，环境友好，因此锂硫电池被认为是最具潜力新一代高能储能体系 之一(参见：Manthiram,A.,S.H.Chung,andC.Zu,Lithium-sulfurbatteries: progressandprospects[J].AdvMater,2015.27(12):1980-2006.)。尽管锂硫电 池拥有如此的诱人的优点，但该体系仍然存在着一些问题，导致其商业化进程缓慢。这 些问题包括硫及还原产物Li₂S的电子、离子传导性差，充放电过程电极体积变化大，中 间产物在电解液中的具有溶解性以及伴随的“穿梭效应”等，导致锂硫电池的循环寿命 较差(参见：Fang,X.andH.Peng,Arevolutioninelectrodes:recentprogress inrechargeablelithium-sulfurbatteries[J].Small,2015.11(13):1488-511.)。

近年来，各类的硫碳复合物材料被合成，并有效提高了锂硫电池的电化学性能，然 后复杂且昂贵的特殊结构碳材料制备并不适用于工业化生产，而采用多功能粘结剂有望 简单而有效的达到提升电池性能的目的。在电池中，粘结剂一般是将活性物质粘结到集 流体上，在充放电过程中被用以维持电极的结构完整性，确保电子通路，保证电池正常 运行的高分子材料，是影响电池性能的至关重要的因素。现在用于锂硫电池正极材料的 粘结剂仍以传统的聚偏氟乙烯(PVDF)为主。但传统的聚偏氟乙烯作为粘结剂，由于其 毒性过大，且必须使用有毒的溶剂，生产中对环境的污染很大，对作业人员的健康造成 威胁。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种价格低廉，安全环保、易于工 业化，可显著提高硫正极电化学性能的无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料；

本发明的另一目的是提供上述锂硫电池硫正极浆料的制备方法；

本发明的又一目的是提供上述利用上述锂硫电池正极浆料制备锂硫电池正极电极 片。

一种无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料，各组分按重量份计包括：阿拉伯 胶2份、TiO2纳米颗粒0.2-1份、水52-67份、单质硫8-14份、碳纳米管3-7份。

作为优选方案，上述的无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料，各组分按重量份 计包括：阿拉伯胶2份、TiO₂纳米颗粒0.4份、水60份、单质硫9份、碳纳米管4.5 份。

优选的，所述单质硫为升华硫。

优选的，所述TiO₂纳米颗粒采用金红石型TiO₂

优选的，所述水为去离子水。

上述的无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料的制备方法，按配方比例将阿拉伯 胶加入水中溶解分散，加入单质硫和碳纳米管，搅拌至混合均匀，再加入TiO₂纳米颗粒， 分散均匀即可。

一种锂硫电池硫正极电极片的制备方法，包括如下步骤：

1)将铝箔依次用去离子水和丙酮清洗，干燥，裁成直径14mm的圆片；

2)将上述的浆料倒在清洗干燥后的铝箔上，用刮刀均匀地将浆料涂覆在铝箔的毛 面，干燥、裁成直径14mm的圆片，即可得到正极电极片。