[发明专利]一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂硫电池领域，公开一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用。所述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂包括丝胶蛋白、植酸和水；所述丝胶蛋白质量的质量分数为复合粘结剂总量的1～5wt％，所述植酸的质量分数为复合粘结剂总量的0.1～1wt％。该粘结剂含有三维网络结构，具有良好的机械性能，能够很好地缓解电极在充放电过程中的体积膨胀。该粘结剂还含有丰富的氨基、羟基，不仅有助于锂离子的迁移，还能够吸附硫正极产生的多硫化物，从而很好地抑制穿梭效应，改善电池循环性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，更具体地，涉及一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池由于其高理论容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg)以及成本低、无污染、储量丰富等优点，被认为是极具潜力的下一代高能量电池体系。但是，锂硫电池在实际应用中仍有一些关键问题需要克服，一是单质硫电导率低、硫利用率低；二是硫颗粒在充放电过程中体积变化较大，可能导致电极结构的破坏；三是还原S₈或氧化Li₂S时生成的中间多硫化物Li₂S_x(2x≤8)的溶解，这些可溶于电解液的多硫化物可以在正极和负极之间自由迁移，导致所谓的多硫化物穿梭效应，造成不可逆的硫损失和库仑效率的降低。

为了解决上述问题，常规的策略是将硫嵌入各种形态的导电碳材料中，包括微/中孔碳、多孔碳、碳纤维布和功能化石墨烯等。此外，也有不少对锂硫电池电解液、隔膜以及其他结构部分的研究。然而，很少有人注意到电池中的非活性成分，如粘结剂。电池制备技术中理想的粘结剂应具有成本低、电阻低、粘结性能好、在电解液中具有较高的物理和电化学稳定性等优点。此外，如果粘结剂能够与多硫化物之间产生吸附作用，同时抑制电极在循环过程中的体积变化，保持电极结构的完整性，将更加适用于硫正极。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，该复合粘结剂可解决锂硫电池存在的穿梭效应、体积膨胀、导电性能不佳等问题。

本发明的另一目的在于提供上述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，所述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂包括丝胶蛋白、植酸和水；所述丝胶蛋白质量的质量分数为复合粘结剂总量的1～5wt％，所述植酸的质量分数为复合粘结剂总量的0.1～1wt％。

优选地，所述丝胶蛋白的分子量为1,4000～31,4000Da。

优选地，所述植酸和水形成溶液后的浓度为40～60wt％。

优选地，所述丝胶蛋白和植酸的质量比为(9～19):1。

所述的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将丝胶蛋白加入水中搅拌均匀形成淡黄色透明溶液；

S2.将植酸加入上述溶液中继续搅拌使其溶解均匀，制得丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂。

所述的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂在锂硫电池中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明将丝胶蛋白与植酸交联得到的复合粘结剂具有三维网络结构。该三维网络结构使其具有良好的机械性能，能够应对充放电过程中电极所发生的体积膨胀，并抑制穿梭效应，从而改善电池循环性能。