[发明专利]锂硫二次电池用粘结剂和包含所述锂硫二次电池用粘结剂的锂硫二次电池

说明书

本发明涉及一种锂硫二次电池用粘结剂和包含所述锂硫二次电池用粘结剂的锂硫二次电池。所述粘结剂包含具有衍生自第一单体的第一聚合单元和衍生自第二单体的第二聚合单元的共聚物。所述第一单体是具有至少一个官能团的丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯。所述第二单体是丙烯酸或甲基丙烯酸。所述第一单体中的所述官能团是具有被C1至C4的烷基取代或未取代的羟基、巯基或氨基的单一或重复结构的官能团。所述第二聚合单元具有锂化形式。

技术领域

本申请要求基于2018年5月3日提交的韩国专利申请第10-2018-0051171号和第10-2018-0051175号的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

本发明涉及一种锂硫二次电池用粘结剂和包含所述锂硫二次电池用粘结剂的锂硫二次电池。

背景技术

随着二次电池的应用领域正在扩展到电动车辆(EV)和储能系统(ESS)，具有相对低的重量比能量储存密度(～250Wh/kg)的锂离子二次电池在应用于此类产品时面临限制。替代性地，由于锂硫二次电池可以实现理论上高的重量比能量存储密度(～2600Wh/kg)，所以锂硫二次电池正在作为下一代二次电池技术受到关注。

锂硫二次电池是指使用具有S-S键(硫-硫键)的含硫材料作为正极活性材料并且使用锂金属作为负极活性材料的电池系统。作为正极活性材料的主要材料的硫具有如下优点：它在全世界资源非常丰富，无毒，并且原子量低。

在锂硫二次电池中，当使电池放电时，作为负极活性材料的锂在释放电子并因此电离的同时被氧化，并且作为正极活性材料的含硫材料在接受电子的同时被还原。在这种情况下，锂的氧化反应是锂金属释放电子并被转化为锂阳离子形式的过程。此外，硫的还原反应是S-S键接受两个电子并被转化为硫阴离子形式的过程。通过锂的氧化反应所产生的锂阳离子通过电解质被转移到正极并且与通过硫的还原反应所产生的硫阴离子结合而形成盐。具体地，在放电之前的硫具有环状S₈结构，其通过还原反应被转化为多硫化锂(LiS_x)。当多硫化锂被完全还原时，产生硫化锂(Li₂S)。

尽管锂硫二次电池具有高能量存储密度的优点，但是在实际应用中存在许多问题。具体地，可能存在被用作负极的锂金属的不稳定性的问题、正极的电导率低的问题、在制备电极时含硫材料升华的问题以及在重复充电/放电过程中损失含硫材料的问题。特别地，当在放电期间由正极产生的多硫化锂在充电期间迁移到负极的锂金属表面并被还原时所引起的正极中的含硫材料的溶出问题是为了使锂硫二次电池商业化而必须克服的问题。

在本领域中已经进行了各种尝试来抑制此类含硫材料的溶出。其实例可以包含向正极混合物添加具有吸附硫的性质的添加剂的方法、用包含涂布元素的氢氧化物、涂布元素的羟基氧化物、涂布元素的氧化碳酸盐或涂布元素的碱式碳酸盐的物质对硫的表面进行处理的方法、以及使碳材料变成纳米结构并将多硫化锂限于其中的方法。

然而，在添加添加剂的情况下，存在导电性劣化的问题和副反应的风险。在表面处理技术的情况下，存在活性材料在处理过程中损失的缺点，并且从成本的角度考虑表面处理技术不是优选的。在碳纳米结构的情况下，存在制备工艺复杂的缺点。

此外，这些现有技术具有不能大幅改善锂硫二次电池的容量和寿命特性的问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利公开号10-2002-0011563。

发明内容

【技术问题】

为了解决上述问题，本发明提供一种锂硫二次电池用粘结剂，所述锂硫二次电池用粘结剂能够通过使用通过使丙烯酸或甲基丙烯酸单体与含有能够改善水溶性的特定官能团的单体聚合而形成的共聚物来改善电极处的粘合力和电池的性能。

【技术方案】