一种锂硫电池的正极极片及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种锂硫电池正极极片及其制造方法，本发明专利技术所提供的一种锂硫电池正极极片制造方法以海藻酸或其盐类作为粘结剂，将正极活性物质、导电剂涂覆在铝箔集流体上。其制造过程如下：将海藻酸及其盐类溶解于水中，制成溶液，将正极活性物质、导电剂加入该溶液中混合均匀，用水调节粘稠度，制成正极活性物质浆料涂覆在集流体铝箔上，经干燥，制备成锂硫电池正极极片。以海藻酸及其盐类作为锂硫电池正极粘结剂的优势在于：（1）与集流体粘合力好，（2）可以缓冲电极材料的膨胀与收缩，（3）以水为溶剂，清洁环保，（4）原料成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于化学电源
，具体涉及一种采用海藻酸及其盐类作为粘结剂的锂硫电池正极极片的制造方法。
技术介绍
随着电子技术的迅猛发展，便携式电子设备已经广泛应用于生活的各个领域。便携式设备小、轻、薄的特性对化学电源能量密度方面提出了更高的要求。以单质硫为正极的锂硫电池电化学反应如下:S8+L1Li2Sx(l彡z彡8) *Li2S。按照最终还原反应产物Li2S计算，单质硫的理论比容量是1672mAh/g,金属锂具有理论比容量3860mAh/g,锂/硫氧化还原对(Li/S)的理论能量密度高达2600Wh/kg。锂硫电池具有高能量密度、低成本的优势，因此成为近年来倍受关注和投入较多研究的二次绿色化学电源。授权号为CN 101399329 B的中国专利提供了一般锂硫电池正极的制备方法，包括:将活性物质、导电剂与粘结剂在相应的溶剂中混合均匀，然后涂覆在集流体上，通过干燥除去溶剂，得到正极极片。粘结剂是电极制造能否成功的关键。以往的锂硫电池中，正极粘结剂多为聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯等。前两者粘附性能较差，而后者需采用N-甲基吡咯烷酮等高沸点溶剂，需要在较高温度下(>90°C)干燥极片，极易造成活性物质硫的升华损失。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有锂硫电池正极极片性能不好；为解决所述问题，本专利技术提供一种锂硫电池正极极片及其制造方法。本专利技术提供的一种锂硫电池正极极片的制造方法，包括: 步骤一、将粘结剂溶解于水，制成溶液，所述粘结剂采用海藻酸或其盐类； 步骤二、将正极活性物质、导电剂加入所述溶液，制成正极活性物质浆料； 步骤三、将所述浆料涂覆在集流体表面，经干燥，制成锂硫电池正极极片。进一步，所述海藻酸为由古洛糖醛酸与其立体异构体甘露糖醛酸通过α -1，4糖苷键链接，所形成的无支链的线性嵌段共聚物。进一步，所述海藻酸为海藻酸钠、海藻酸锂中的一种。进一步，所述的粘结剂的水溶液质量浓度为0.1°/Γ5%。进一步，所述正极活性物质的材料为单质硫、硫碳复合材料、硫化物中的一种。进一步，所述导电剂为超导碳黑、乙炔黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管等中的一种或多种。进一步，所述集流体的材料为铝箔、涂炭铝箔、腐蚀铝箔中的一种。进一步，干燥温度为5(Tl00°C。进一步，干燥后，锂硫电池正极极片中，粘结剂的质量比例为5°/Γ?5%，导电剂的质量比例为10%?40%。本专利技术还提供通过本专利技术所提供的方法形成的锂硫电池正极极片。本专利技术的有益效果包括:(1)与集流体粘合力好，(2)可以缓冲电极材料的膨胀与收缩，(3)以水为溶剂，清洁环保，(4)原料成本低廉。【附图说明】图1为本专利技术的锂硫电池正极极片制造工艺流程图。图2为本专利技术的实施例1所制备的单质硫正极极片首次放电曲线。图3为本专利技术的实施例1所制备的单质硫正极极片循环性能曲线。图4为本专利技术的实施例2所制备的硫/碳复合材料正极极片首次放电曲线。图5为本专利技术的实施例2所制备的硫/碳复合材料正极极片循环性能曲线。图6为本专利技术的实施例3所制备的硫化聚合物正极极片首次放电曲线。图7为本专利技术的实施例3所制备的硫化聚合物正极极片循环性能曲线。【具体实施方式】以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细阐述。锂硫电池中，硫的放电产物最终形成硫化锂Li2S。硫的体积密度(2.03g/cm3)比Li2S的(1.67g/cm3)约高出20%，锂硫电池的正极硫与硅相似，也存在着一定的体积膨胀问题。因此电极制备的过程中也要考虑电极结构能承受或缓冲由充放电过程引起的膨胀与收缩问题。专利技术人经过研究，在本专利技术中提供一种锂硫电池正极极片及其制造方法。本专利技术提供的一种锂硫电池正极极片的制造方法，包括: 步骤一、将粘结剂溶解于水，制成溶液，所述粘结剂采用海藻酸或其盐类； 步骤二、将正极活性物质、导电剂加入所述溶液，制成正极活性物质浆料； 步骤三、将所述浆料涂覆在集流体表面，经干燥，制成锂硫电池正极极片。其中，海藻酸是存在于褐藻类中的天然高分子，是从褐藻或细菌中提取出的天然多糖，是由古洛糖醛酸(记为G段)与其立体异构体甘露糖醛酸(记为M段)两种结构单元构成的，这两种结构单元以三种方式(MM段、GG段和MG段)通过α-1,4糖苷键链接，从而形成一种无支链的线性嵌段共聚物。海藻酸很容易与一些二价阳离子结合，形成凝胶。当其6位上的羧基与钠离子结合，就构成了海藻酸钠盐。 所述正极活性物质的材料为单质硫、硫碳复合材料、硫化物中的一种。所述导电剂为超导碳黑、乙炔黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管等中的一种或多种。所述集流体的材料为铝箔、涂炭铝箔、腐蚀铝箔中的一种。干燥后，锂硫电池正极极片中，粘结剂的质量比例为5°/Tl5%，导电剂的质量比例为109^40%。实施例1 粘结剂制备:称取0.2g海藻酸钠，溶解于1g水中，搅拌形成均匀溶液，配制浓度为2%的海藻酸钠水溶液。硫正极制备:分别称取0.3g超导碳黑(Super P)和0.3g超导碳黑(XE_2)混合后加入上述2%海藻酸钠水溶液中，充分搅拌Ih形成黑色均匀的悬浊液；然后称取1.2g单质硫粉(100目)加入上述悬浊液中，加入水调节粘度并充分搅拌形成稳定的浆料悬浊液。采用刮刀将此浆料涂覆在腐蚀铝箔集流体上，60°C干燥0.5小时，直至水分完全挥发，得到硫正极极片。干燥后极片中活性物质:导电剂:粘结剂=60:30:10。硫正极放电性能测试:将制备的硫正极冲切成Φ 14mm的圆形极片,在50°C的真空干燥箱中烘干24小时。在干燥空气或惰性气氛条件下，以金属锂片为负极，Tonen V20EHD为隔膜，L2mol/L双(三氟甲基磺酸酰基)亚胺锂(LiTFSI)/二氧戊环(DOL)+1，2_ 二甲氧基乙烷(DME)(体积比为1:1)为电解液，组装成CR2016扣式锂硫电池。电池以50mA/ (g活性物质)的电流密度放电至1.5V，首次放电曲线如图2所示。经过计算，该硫正极首次放电比容量为1117mAh/ (g硫)。该硫正极的循环性能曲线如图3所示。使用海藻酸钠粘结剂后，单质硫具有可逆容量，可以正常充放电循环。在1.5^2.5V之间以50mAAg活性物质)的电流密度循环30次后容量为495mAh/ (g硫)。实施例2 粘结剂制备:称取0.2g海藻酸钠，溶解于1g水中，搅拌形成均匀溶液，配制浓度为2%的海藻酸钠水溶液。硫正极制备:分别称取0.2g超导碳黑(Super P)混合后加入上述2%海藻酸钠水溶液中，充分搅拌Ih形成黑色均匀的悬浊液；然后称取1.6g硫/碳复合材料加入上述悬浊液中，加入水调节粘度并充分搅拌形成稳定的浆料悬浊液。采用刮刀将此浆料涂覆在腐蚀铝箔集流体上，60°C干燥0.5小时，直至水分完全挥发，得到硫正极极片。干燥后极片中活性物质:导电剂:粘结剂=80:10:10。硫正极放电性能测试:将制备的硫正极冲切成Φ 14mm的圆形极片,在50°C的真空干燥箱中烘干24小时。在干燥空气或惰性气氛条件下，以金属锂片为负极，Tonen V20EHD为隔膜，L2m当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池正极极片的制造方法，其特征在于，包括：步骤一、将粘结剂溶解于水，制成溶液，所述粘结剂采用海藻酸或其盐类；步骤二、将正极活性物质、导电剂加入所述溶液，制成正极活性物质浆料；步骤三、将所述浆料涂覆在集流体表面，经干燥，制成锂硫电池正极极片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雯，郭瑞，李永，裴海娟，解晶莹，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31