本发明专利技术提供了一种锂硫电池正极材料、锂硫电池正极片和锂硫电池。锂硫电池正极材料包括正极活性物质、粘结剂和导电剂，粘结剂为改性聚丙烯酰胺粘结剂，改性聚丙烯酰胺粘结剂包括如结构式Ⅰ所示的改性聚丙烯酰胺：其中，R1为不饱和酸基团，R2为含有羟基的基团。改性聚丙烯酰胺粘结剂的存在有利于吸附电池在充放电过程中产生的多硫化物，抑制多硫化物在电解液中的溶解、提高硫元素的利用效率从而提高锂硫电池的放电容量，由于改性聚丙烯酰胺粘结剂的高粘附力，很大程度避免极片掉粉、剥离和活性物质脱落等现象且抑制正极材料在电池循环过程中产生的体积膨胀和收缩、应力变化。应力变化。应力变化。
【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料、锂硫电池正极片及锂硫电池
[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂硫电池正极材料、锂硫电池正极片及锂硫电池。
技术介绍
[0002]当今世界环境污染、温室效应、能源危机等问题日益严重。具有高比能量的二次电池对于解决能源和环境问题具有非常重要的意义。其中锂离子电池是二次电池中比能量最高的电池之一。然而在锂离子电池体系中，正极材料的比容量、循环性能都需要进一步优化。锂硫电池是锂电池的一种，锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量高达1675mAh/g，锂硫电池的理论比能量可以达到2600Wh/kg，是LiCoO2/石墨和LiFePO
4/
石墨体系的6倍多，远远大于现阶段所使用的商业化的二次电池。此外单质硫在地球中储量丰富，还具有成本低廉、环境友好等极具商业价值的优势。
[0003]但是，锂硫电池在走向商业化进程中存在以下问题：(1)锂硫电池在充放电过程中产生的中间产物多硫化锂(Li2S
x
，4≤x≤8)易溶于有机电解液，使正极上的活性物质逐渐减少，并且由于飞梭效应，溶解的多硫化锂能够穿过隔膜扩散到电池的负极锂片上，由于生成的Li2S2和Li2S沉淀导电性差，从而造成了电池负极的腐蚀和电池内阻的增加，并且飞梭效应也会导致Li2S2和Li2S沉积在正极表面，从而导致电极形貌的显著改变，进而导致容量的快速衰减。(2)在循环过程中，锂硫电池中硫电极的体积膨胀率高达80％，这可能会造成硫电极内部产生裂纹，这种裂纹的存在以及Li2S2和Li2S在裂纹处的生成破坏了正极的整体性，最终导致容量的快速衰减。由于上述问题的存在，锂硫电池在充放电过程中，存在放电比容量低，循环稳定性差的现象。为解决以上问题，制备具有优异电化学性能的硫正极材料是重要解决办法之一。粘结剂作为正极材料的重要部分，对于制备优异电化学性能的锂硫电池起着关键作用。
[0004]因此，急需开发一种锂硫电池正极材料、锂硫电池正极片及锂硫电池，使得锂硫电池能够提高活性物质硫的利用率、限制多硫化锂的溶解以及提高循环稳定性。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种锂硫电池正极材料、锂硫电池正极片及锂硫电池，使得锂硫电池能够提高活性物质硫的利用率、限制多硫化锂的溶解、提高电池的循环稳定性。
[0006]为了实现上述目的本专利技术提供了一种锂硫电池正极材料，包括正极活性物质、粘结剂和导电剂，粘结剂为改性聚丙烯酰胺粘结剂，改性聚丙烯酰胺粘结剂包括如结构式Ⅰ所示的改性聚丙烯酰胺：
[0007][0008]其中，R1为不饱和酸基团，R2为含有羟基的基团。
[0009]较佳地，不饱和酸基团选自不饱和羧酸、不饱和磺酸和不饱和磷酸中的一种或几种。
[0010]较佳地，不饱和羧酸选自丙烯酸(CAS号：79
‑
10
‑
7)、甲基丙烯酸(CAS号：79
‑
41
‑
4)、巴豆酸(CAS号：107
‑
93
‑
7)、马来酸(CAS号：110
‑
16
‑
7)、富马酸(CAS号：110
‑
17
‑
8)、衣康酸(CAS号：97
‑
65
‑
4)中的一种或几种。
[0011]不饱和磺酸选自叔丁基丙烯酰胺磺酸(CAS号：15214
‑
89
‑
8)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(CAS号：3290
‑
92
‑
4)和苯乙烯磺酸中的一种或几种。
[0012]不饱和磷酸选自乙烯基磷酸(CAS号：1746
‑
03
‑
8)、二[2
‑
(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯(CAS号：32435
‑
46
‑
4)和二[2
‑
(丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯(CAS号：40074
‑
34
‑
8)中的一种或几种。
[0013]较佳地，粘结剂配置成粘结剂质量分数为13.0～14.0％的胶液，胶液的pH值为2.0～4.0。
[0014]较佳地，正极活性物质选自单质硫、硫化物和含硫复合物中的一种或几种。
[0015]较佳地，导电剂选自炭黑、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑和导电石墨的一种或几种。
[0016]较佳地，正极活性物质、导电剂与粘结剂的质量份数比为1～10：1～10：1～5。
[0017]本专利技术还提供了一种锂硫电池正极片，包括集流体和上述的锂硫电池正极材料，锂硫电池正极材料涂覆于集流体上。
[0018]较佳地，锂硫电池正极材料在集流体上的载量为0.5～10mg/cm
‑2。
[0019]本专利技术还提供了一种锂硫电池，包括负极片、电解液、隔膜和上述的锂硫电池正极片。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的锂硫电池正极材料中的改性聚丙烯酰胺粘结剂中含有大量的酰胺基以及羟基基团有利于吸附锂硫电池充放电过程中所产生的带负电荷的多硫化物，粘结剂含有的酸性基团使含硫的正极材料中形成酸性的微环境，锂硫电池放电过程中硫与锂形成多硫化物时，由于局部酸性微环境的存在，多硫化物发生歧化反应，会原位生成单质硫，从而抑制多硫化物在电解液中的溶解，提高硫元素的利用效率，从而提高锂硫电池的放电容量。同时，由于聚丙酰胺粘结剂的高粘附力，正极活性物质和导电剂均匀地分散且稳固地粘结在集流体上，很大程度避免了极片掉粉、剥离和活性物质脱落等现象。粘结剂在极片制作过程中发生交联反应抑制正极材料在电池循环过程中产生的体积膨胀和收缩以及应力变化，提高锂硫电池的循环特性。
附图说明
[0021]图1用PVDF作粘结剂制备的正极片和用实施例1中粘结剂制备的正极片的电镜照片
[0022]aPVDF
[0023]b丙烯酰胺
‑
苯乙烯磺酸
‑
丙烯醇共聚物
[0024]图2为依据实施例及对比例制备的锂硫电池正极片作为锂硫电池正极所组装的锂硫电池的倍率性能测试图。
[0025]图3为实施例中的粘结剂与对比例中的粘结剂吸附多硫化物UV
‑
vis光谱图。
[0026]图4为依据实施例及对比例制备的锂硫电池正极片作为正极所组装的锂硫电池的循环性能测试图。
[0027]图5为依据实施例及对比例制备的锂硫电池正极片作为正极所组装的锂硫电池循环前后的交流阻抗对比图。
具体实施方式
[0028]为了详细说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例作进一步说明，但不构成对本专利技术的限制。
[0029]一、实施例1中锂硫电池正极材料的成分及含量以及锂硫电池正极片和锂硫电池的制备方法如下。
[0030]一种锂硫电池正极材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，包括正极活性物质、粘结剂和导电剂，所述粘结剂为改性聚丙烯酰胺粘结剂，所述改性聚丙烯酰胺粘结剂包括如结构式Ⅰ所示的改性聚丙烯酰胺：其中，R1为不饱和酸基团，R2为含有羟基的基团。2.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述不饱和酸基团选自不饱和羧酸、不饱和磺酸和不饱和磷酸中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述不饱和羧酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、马来酸、富马酸和衣康酸中的一种或几种；所述不饱和磺酸选自叔丁基丙烯酰胺磺酸、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和苯乙烯磺酸中的一种或几种；所述不饱和磷酸选自乙烯基磷酸、二[2
‑
(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯和二[2
‑
(丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，粘结剂配置成粘结...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪涛，杨滔，
申请(专利权)人：深圳市三和朝阳科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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