一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂、正极片制造技术

发明专利技术公开了一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，由2,6

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂、正极片


[0001]本专利技术涉及粘结剂
，尤其涉及一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂、正极片。

技术介绍

[0002]锂硫电池是锂电池的一种。锂硫电池是以含硫物质作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。硫元素来源广泛，价格低廉、且环境友好。锂硫电池的理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1675mAh/g和2600Wh/kg，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。
[0003]锂硫电池在放电过程中产生的易溶于电解液的长链多硫化物，容易产生“穿梭效应”，会造成容量衰减；且硫和硫化锂的密度分别为2.07g/ml和1.66g/ml，在充放电过程中有高达79％的体积膨胀/收缩，这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变，导致硫与集流体的脱离，从而造成容量的衰减。
[0004]粘结剂是锂硫电池正极材料中重要的组成部分，其用量虽少，但对电极的结构和形貌具有至关重要的影响。目前锂硫电池正极用粘结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)等。但是其聚偏氟乙烯对极片组分与集流体的粘结性能不高，对“穿梭效应”、充放电过程中体积变化等问题的改善效果并不太好。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂及其制备方法、锂硫电极正极片，本专利技术具有良好的粘结性能，能有效抑制极片在充放电过程中的体积变化；且能避免穿梭效应，提高电池循环性能。
[0006]本专利技术提出了一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，由2,6
‑
萘二羧酸、脂肪族二酸和芳香二胺直接缩聚反应得到，其结构如式(I)所示：
[0007][0008]其中，R1为如下基团中的任意一种：
[0009][0010]R2为其中x为3
‑
8的任一整数。
[0011]优选地，n为40
‑
700中的任一整数，m为60
‑
1000中的任一整数。
[0012]上述直接缩聚反应为Yamazaki
‑
Higashi直接缩聚反应，其具体步骤可以为：在惰性气体氛围中，在吡啶、亚磷酸三苯酯、催化剂(氯化钙或/和氯化锂)、三乙胺存在条件下，二酸和芳香二胺进行直接缩聚反应得到，其中，反应溶剂优选N
‑
甲基吡咯烷酮；吡啶、亚磷酸三苯酯、三乙胺的体积比优选1:1.1:0.9；芳香二胺、催化剂的摩尔比优选1:2.2；芳香二胺、吡啶的摩尔比优选1:6；直接缩聚反应的程序优选：于80℃反应2h，100℃反应12h，110℃反应12h。
[0013]优选地，脂肪族二酸为戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸中的一种。
[0014]优选地，芳香二胺为具有如下结构式的物质中的任意一种：
[0015][0016]优选地，2,6
‑
萘二羧酸、脂肪族二酸的摩尔比为1.8
‑
2.2:3。
[0017]优选地，芳香二胺的摩尔数、2,6
‑
萘二羧酸和脂肪族二酸的摩尔总数的比值为1
‑
1.05:1。
[0018]本专利技术还提出了一种正极片，包括集流体和粘附在集流体表面的正极材料，所述正极材料包括上述锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂。
[0019]优选地，所述正极材料还包括含硫活性物质和导电剂。
[0020]优选地，含硫活性物质、导电剂和上述锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂的重量比为3:1.7
‑
1.9:0.7
‑
0.9。
[0021]上述导电剂可以为：石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、MXene、乙炔黑、碳纤维、碳纳米纤维、金属涂覆的碳纤维等。
[0022]有益效果：
[0023]本专利技术通过对芳香聚酰胺进行磺化处理，并引入脂肪族聚酰胺结构，改善芳香聚酰胺的溶解性，将其作为粘结剂使用，其具有良好的粘结性能，可以提高含硫活性物质、导电剂和集流体之间良好的接触，防止活性物质和导电剂的脱落；并且脂肪族聚酰胺结构的引入，使得聚酰胺具有良好粘结性能的同时，具有适宜的柔韧性，可以有效抑制锂硫正极片在充放电过程中的体积膨胀问题；另外聚酰胺中具有较多的酰胺活性基团，可以固定多硫化物，避免穿梭效应；本专利技术可以提高锂硫电池的循环性能。
具体实施方式
[0024]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0025]实施例1
[0026]一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其制备方法包括如下步骤：
[0027]在氮气氛围中，将0.25g氯化钙、0.1g氯化锂、1ml吡啶、10ml N
‑
甲基吡咯烷酮混匀，加热搅拌至溶解，冷却至室温，然后加入0.8mmol 2,6
‑
萘二羧酸、1.2mmol己二酸、
2.06mmol 4,4
’‑
二氨基二苯醚
‑
2,2
’‑
二磺酸、1.1ml亚磷酸三苯酯、0.9ml三乙胺混匀，然后于80℃搅拌保温反应2h，接着于100℃搅拌反应12h，再于110℃搅拌反应12h，然后冷却至室温，缓慢倒入甲醇中，浸泡12h后，过滤，用去离子水浸泡12h，过滤，真空干燥得到锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂。
[0028]实施例1所得粘结剂的结构式如下所示：
[0029][0030]实施例2
[0031]一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其制备方法包括如下步骤：
[0032]在氮气氛围中，将0.25g氯化钙、0.1g氯化锂、1ml吡啶、10ml N
‑
甲基吡咯烷酮混匀，加热搅拌至溶解，冷却至室温，然后加入0.75mmol 2,6
‑
萘二羧酸、1.25mmol戊二酸、2mmol 4,4
’‑
二氨基二苯醚
‑
2,2
’‑
二磺酸、1.1ml亚磷酸三苯酯、0.9ml三乙胺混匀，然后于80℃搅拌保温反应2h，接着于100℃搅拌反应12h，再于110℃搅拌反应12h，然后冷却至室温，缓慢倒入甲醇中，浸泡12h后，过滤，用去离子水浸泡12h，过滤，真空干燥得到锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂。
[0033]实施例2所得粘结剂的结构式如下所示：
[0034][0035]实施例3
[0036]一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其制备方法包括如下步骤：
[0037]在氮气氛围中，将0.25g氯化钙、0.1g氯化锂、1ml吡啶、10ml N
‑
甲基吡咯烷酮混匀，加热搅拌至溶解，冷却至室温，然后加入0.85mmol 2,6
‑
萘二羧酸、1.15mmol癸二酸、2mmol 4,4
’‑
二氨基二苯醚
‑
2,2
’‑
二磺酸、1.1ml亚磷酸三苯酯、0.9ml三乙胺混匀，然后于80℃搅拌保温反应2h，接着于100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其特征在于，由2,6
‑
萘二羧酸、脂肪族二酸和芳香二胺直接缩聚反应得到，其结构如式(I)所示：其中，R1为如下基团中的任意一种：R2为其中x为3
‑
8的任一整数。2.根据权利要求1所述锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其特征在于，n为40
‑
700中的任一整数，m为60
‑
1000中的任一整数。3.根据权利要求1或2所述锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其特征在于，脂肪族二酸为戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸中的一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其特征在于，芳香二胺为具有如下结构式的物质中的任意一种：5.根据权利要求1
‑
4任一项所述锂硫电池用磺化聚酰胺粘结剂，其特征在于，2,6
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：金文斌，解惠东，邵成蒙，
申请(专利权)人：浙江中科玖源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：