[发明专利]锂硫电池粘结剂及其制备方法、正极浆料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂硫电池粘结剂及其制备方法、正极浆料及其制备方法。该锂硫电池粘结剂包括三维网络大分子，该三维网络大分子由羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺及交联剂经交联反应得到。采用本发明提供的粘结剂，能够有效改善多硫化物易溶解、易穿梭的问题，从而能够有效改善硫基活性材料作为锂硫电池正极材料活性物质时电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种锂硫电池粘结剂及其制备方法、正极浆料及其制备方法。

背景技术

随着电子设备、电动汽车、空间设备的迅速发展，对电池提出了越来越高的要求，发展具有高比能量、低成本、环境友好的电池具有非常重要的意义。锂硫电池是锂离子电池中的重要一员，其比容量高达1675mAh/g，比能量密度高达2500Wh/kg，是目前商业化锂离子电池理论比容量的4至5倍，具有广阔的应用前景。

然而，锂硫电池在走向商业化进程中仍存在以下问题：(1)活性物质S以及反应产物Li₂S_x(x＝1，2)导电性差；(2)中间产物多硫化锂Li₂S_x(4≤x≤8)易溶于电解液中，形成穿梭效应；(3)S单质转变为Li₂S_x(x＝1,2)时体积膨胀高达80％；由于上述问题的存在，锂硫电池在充放电过程中，存在放电比容量低，循环稳定性差的现象。

粘结剂通过将活性物质、导电剂和集流体粘附在一起，从而保持极片结构的机械稳定性以及导电网络的可靠性，对于体积膨胀收缩厉害的锂硫电池，是关键组分之一。然而，目前对于锂硫电池粘结剂的研究还较少，目前广泛使用在锂硫电池中的粘结剂为线性高分子聚合物PVDF，一方面，其物理性粘附作用在锂硫电池长期循环中容易老化失效，另外，PVDF无法应对锂硫电池中存在的这种多硫化锂易溶解、易穿梭的缺陷。因此，PVDF并不能很好提升锂硫电池的性能。

基于以上原因，有必要提供一种新的粘结剂，使其更好地解决锂硫电池中多硫化物易溶解、易穿梭的问题，进而改善电池的循环性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂硫电池粘结剂及其制备方法、正极浆料及其制备方法，以解决现有技术中锂硫电池因多硫化物易溶解、易穿梭导致的电池循环性能差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锂硫电池粘结剂，其包括三维网络大分子，三维网络大分子由羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺及交联剂经交联反应得到。

进一步地，羧甲基纤维素的平均相对分子质量为800～1200，聚乙烯亚胺的重均分子量为3000～3500。

进一步地，羧甲基纤维素和聚乙烯亚胺之间的重量比为1:(0.3～2)，更优选为1:(1～1.5)。

进一步地，交联剂为戊二醛，优选将交联剂的重量记为A，将羧甲基纤维素和聚乙烯亚胺的总重量记为B，A/B＝(0.1～0.3):1，更优选A/B＝(0.15～0.2):1。

根据本发明的另一方面，还提供了一种锂硫电池粘结剂的制备方法，其包括以下步骤：将羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺、交联剂与溶剂混合得到原料混合液；对原料混合液进行交联反应，得到锂硫电池粘结剂。

进一步地，原料混合液中，羧甲基纤维素的质量浓度为3.2～5.0％，聚乙烯亚胺的质量浓度为1.0～10％。

进一步地，交联反应的温度为20～30℃，优选地，所述溶剂为水。

根据本发明提供的另一方面，还提供了一种正极浆料，其包括硫基活性材料、导电剂和上述锂硫电池粘结剂。

根据本发明提供的另一方面，又提供了一种上述正极浆料的制备方法，其包括以下步骤：将羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺、交联剂及溶剂作为锂硫电池粘结剂的原料，将锂硫电池粘结剂的原料、硫基活性材料及导电剂混合后，经交联反应，得到正极浆料。