[发明专利]一种锂硫电池正极片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池正极片及其制备方法。一种锂硫电池正极片的制备方法是将一定质量比的活性物质硫和导电剂研磨均匀后加入磷酸化聚乙烯醇水溶液中，经涂覆、干燥、切片制得锂硫电池正极片，本发明使用磷酸化聚乙烯醇作为粘结剂，一方面使得活性物质硫与导电剂的分散性好、粘结力强；另一方面，磷酸化聚乙烯醇中富含的磷酸基团可通过与多硫化物形成配位键，将多硫化物锚定在正极中，从而抑制多硫化物在正负极间的穿梭，即抑制“穿梭效应”，大大改善锂硫电池的循环稳定性。该锂硫电池正极片，导电剂与活性物质硫的分散性好、粘结力强，锂硫电池循环稳定性好；该锂硫电池正极片的制备方法，工艺简单，对环境友好，能够大规模制备。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其涉及一种锂硫电池正极片及其制备方法。

背景技术

锂硫电池因具有高的比容量和比能量而受到广泛关注，被视为最具发展潜力的下一代储能体系之一。然而锂硫电池的发展也面临着诸多挑战，如活性物质导电性差、硫正极体积变化大以及臭名昭著的“穿梭效应”。锂硫电池充放电过程中形成的中间产物多硫化物易溶于电解液，在浓度梯度或电场力作用下在正负极间来回穿梭，该过程即为“穿梭效应”。多硫化物扩散至负极与锂片反应生成不溶物硫化锂覆盖在负极表面，从而钝化负极，自身也被消耗，导致活性物质减少，库伦效率较低，循环稳定性变差，是对锂硫电池电化学性能影响最为严重的一个问题。

为了解决上述问题，研究者们引入了具有多孔结构的碳纳米管、石墨烯以及异质元素掺杂的碳材料，试图改善了锂硫电池的电化学性能，但是这些材料制备工艺较为复杂，难以实现大规模制备。粘结剂作为电极的重要组分之一，已被证明对于电极电化学性能具有重要的作用。聚偏氟乙烯(PVDF)作为传统的粘结剂，因具有较好的粘结力和电化学稳定性而被广泛用于锂硫电池正极的制备。然而，PVDF易溶胀于电解液中，从而使得循环过程中电极结构破坏，碳材料与活性物质间的电接触性能变差，从而严重影响电池的电化学性能；除此之外，PVDF与多硫化物的分子间作用力弱用，难以有效锚定多硫化物，因此难以抑制“穿梭效应”的进行。

为此，研究者们致力于开发具有多功能的粘结剂用于锂硫电池正极的制备。从改善电化学性能的角度，粘结剂应具有强的粘结力、在电解液中保持稳定的结构以及对“穿梭效应”具有一定的抑制作用。从环境保护的角度，粘结剂应具有水溶性，以水作为溶剂。现有技术中有采用明胶作为锂硫电池正极的粘结剂；明胶含有丰富的羧基和氨基，具有优异的分散能力和粘结力；但是，明胶分子本身与多硫化物的分子间作用力弱，难以有效锚定多硫化物，难以抑制“穿梭效应”，因此难以有效改善锂硫电池的循环稳定性。

因此，需要对锂硫电池正极进行一些改性，不仅要使得锂硫电池正极中的活性物质硫和碳材料的分散能力好、粘结力强，同时还能抑制“穿梭效应”，以大大提高锂硫电池的循环稳定性和电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种电池循环稳定性好、电化学性能优异、正极材料分散性好、粘结力强的锂硫电池正极片及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种锂硫电池正极片的制备方法，将一定质量比的活性物质硫和导电剂研磨均匀后加入磷酸化聚乙烯醇水溶液中，经涂覆、干燥、切片制得锂硫电池正极片。

优选的，所述导电剂包括碳材料。

优选的，所述碳材料的质量份数为30～50份；所述活性物质硫的质量份数为40～65份；所述磷酸化聚乙烯醇的质量份数为5～10份。

优选的，将上述质量份数的磷酸化聚乙烯醇配置成质量浓度为2～3wt.％的磷酸化聚乙烯醇水溶液，然后将上述质量份数的碳材料和活性物质硫加入磷酸化聚乙烯醇水溶液中，搅拌均匀后制得混合浆料，通过刮刀将混合浆料涂敷在集流体上，经烘干后制得锂硫电池正极。

优选的，所述碳材料包括Super P、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。