[发明专利]一种锂硫电池正极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提出一种锂硫电池正极极片及其制备方法和应用，属于锂硫电池技术领域。所述锂硫电池正极极片采用球型或类球型的不溶性硫磺作为锂硫电池正极极片的活性物质原料，其中，不溶性硫磺微观结构呈纤维状结构的含量为60wt％～95wt％，且呈纤维状结构的不溶性硫磺通过热压处理可转变为单质硫。本发明能够应用于锂硫电池产品方面。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种锂硫电池正极极片及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池以较高的能量密度和循环性能，被广泛应用于数码产品和动力储能等领域，目前钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂和锰酸锂为主流正极材料，但这些材料普遍克容量较低，严重限制了电池能量密度进一步提升。单质硫的理论比容量为1672mAh/g，以硫为正极，锂金属为负极的锂硫电池被认为是下一代高能量密度二次电池的主要选择之一。

目前锂硫电池多以纳米硫或纳米硫复合材料作为锂硫电池正极材料。然而在正极合浆过程中容易发生团聚，从而导致正极材料与导电剂分散不均匀，给合浆和涂布工艺造成困难。而且，高的比表面会加剧多硫化物在电解液中的溶解，使得多多硫化物穿梭问题难以解决，造成电池在充放电过程中不可逆容量的损失，影响电池的循环性能。

专利CN109192967A中以不溶性硫磺作为正极活性物质来解决多硫化合物穿梭问题，但该专利中的不溶性硫磺为IS-HS7020、OT20、IS-HS6033、OT33、IS8010、IS8510、IS6010、IS6005、IS60、IS90等充油型不溶性硫磺，其中充油类型为环烷油，环烷油的存在不仅会降低正极中的活性物质含量，同时高分子量的环烷油在正极极片烘干过程中难以去除，将影响极片的导电性。且在电池放电过程中，特别是前几次放电过程，长链不溶性硫磺向单质硫的转化，会造成电池极化严重，放电电压偏低，体积膨胀等若干问题，从而影响电池整体性能。

发明内容

本发明针对上述以纳米硫或纳米硫复合材料作为锂硫电池正极材料时不易合浆，且多硫化物在电解液中溶解的技术问题，提出了一种锂硫电池正极活性物质，能够降低对合浆工艺的要求，且制备得到的电池循环性能和倍率性能优异。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种锂硫电池正极极片，采用球型或类球型的不溶性硫磺作为锂硫电池正极极片的活性物质原料，其中，不溶性硫磺微观结构呈纤维状结构的含量为60wt%~95wt%，且呈纤维状结构的不溶性硫磺通过热压处理可转变为单质硫。

优选的，所述热压处理为在压力为4~4.5kg/cm²，温度为80~100℃的条件下保持5~60min。

优选的，所述球型或类球型的不溶性硫磺的中位粒径为0.01~10μm。

优选的，所述球型或类球型的不溶性硫磺的XRD图谱的三强峰对应的2θ角分别为22.3^o、21.2^o、29.7^o。

优选的，还包括导电剂、粘结剂和集流体；活性物质原料、导电剂和粘结剂的质量比为50~90：8~40：3~10。

优选的，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或多种。

优选的，所述粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚丙烯腈类、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷和聚丙烯酸中的一种或多种。

优选的，所述集流体为铝箔或涂碳铝箔，所述集流体的厚度为6~25μm。

本发明提供了一种上述方案所述的锂硫电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：

将活性物质原料与导电剂或导电剂的浆料混合，得到预混料；

将粘结剂溶解于溶剂中，得到胶液；