【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于锂硫电池的电极。本专利技术还涉及生产这种电极的方法，以及包括这种电极的锂硫电池。
技术介绍
1、典型的锂-硫电池包括由锂金属或锂金属合金形成的负极(负电极)，和由单质硫或其他电活性硫材料形成的正极(正电极)。硫或其他电活性含硫材料可以与导电材料如碳混合而改进其导电性。碳和硫可以碾磨并随后与溶剂和粘合剂混合而形成浆料。浆料可以施加于集电器上，并随后干燥而除去溶剂。获得的结构压延而形成复合结构，将其切割成期望的形状而形成正极。隔板可以放置于正极上，且电解质则可以施加于隔板上以润湿正极和隔板。锂负极可以放置于隔板上而形成电池堆。
技术实现思路
1、在描述本专利技术的具体实施例之前，应该理解的是，本公开不限于本文公开的具体电池、方法或材料。还应该理解的是，本文使用的术语仅用于描述具体实施例，而非旨在成为限制性的，因为保护范围将由权利要求书及其等同物限定。
2、术语“蛋白质”或“多肽”或“肽”可以互换使用，并且是指由氨基酸的链构成的分子，而不涉及特定的作用模式、尺寸、三维结构或来源。
3、如本文使用的“明胶”和“明胶样蛋白”是指任何明胶，无论是通过传统方法提取的还是源自重组或生物合成的，或是指任何具有明胶的至少一种结构和/或功能特征的分子。术语涵盖了明胶产品中包含的多于一种多肽的组合物，以及组成明胶材料的各种多肽。因此，涉及本专利技术使用的术语明胶既包括含有明胶多肽的明胶材料，也涵盖了各自的明胶多肽。
4、如本文描述的“交联剂”是指包含交
5、在描述和要求保护本专利技术的电池和方法中，将会使用以下术语：单数形式“一个”、“一种”和“该”除非上下文另有明确说明，包括复数形式。因此，例如，提及“一个负极”包括提及一个或多个这种元件。
6、根据本专利技术，有一种用于锂硫电池的电极。电极包含沉积于集电器上的基质，其中基质包含导电材料、电活性硫材料和包含经交联而形成交联的聚合物网络的聚合物的粘合剂。
7、在另一方面中，本专利技术还提供了一种锂硫电池，其包含如上描述的电极。电极优选是电池的正极。负极可以是包含锂金属的负极，例如纯锂金属或锂金属合金。其他合适的负极材料包括适用于锂离子电池的负极，例如硅或石墨负极。
8、在另一方面中，本专利技术提供了一种生产用于锂硫电池的电极的方法。方法包括将包含导电材料、电活性硫材料和包含聚合物的粘合剂的电极混合物沉积在集电器上，由此使聚合物交联而在集电器上形成交联的聚合物网络。
9、聚合物可以在沉积于集电器上之前交联，或可以在沉积于集电器上之后通过例如暴露于交联剂而聚合。
10、通过交联聚合物，导电材料和电活性硫材料可以通过交联的聚合物网络保持就位。这种交联的聚合物网络可以改进电极的结构完整性，帮助锂硫电池的充电和放电循环期间形成的带电物质在电池充电和放电时与集电器保持电接触。有利地，这可以导致锂硫电池的循环寿命的改进。
11、粘结剂
12、粘结剂包含经交联而形成聚合物网络的聚合物。聚合物可以是任何可交联的聚合物。例如，聚合物可以包含可以交联的官能团。合适的官能团的实例包括胺、酰胺、羰基、羧基、醚、硫醚和羟基基团。在一个实施方式中，聚合物通过选自胺、酰胺、羰基、羧基、醚、硫醚和羟基中的至少一种官能团交联。在优选的实施方式中，聚合物包含氨基酸残基。交联可以通过这些残基中的一种或多种发生。
13、优选地，聚合物是生物聚合物。生物聚合物选自多肽和多糖。合适的多肽包括明胶、胶原和胶原模拟肽。合适的多糖包括壳聚糖、透明质酸盐(酯)和透明质酸。在优选的实施方式中，聚合物是明胶。
14、在一个实施方式中，聚合物是聚丙烯酰胺。
15、聚合物可以构成沉积于集电器上的基质的0.01至50重量％。优选地，聚合物构成沉积于集电器上的基质的0.01至20重量％。更优选地，聚合物可以构成沉积于集电器上的基质的0.1至15重量％，例如，1至10重量％。
16、聚合物的重量与导电材料(例如，碳)和电活性硫材料(例如，硫)的重量的比率可以为0.01-10:30-60，优选0.1-5:35-55，更优选1-3:40-50。在一个实施方式中，聚合物与导电材料(例如，碳)的重量比可以为0.01-15:5-35，优选0.1-10:8-25，更优选1-5:10-15。在一个实施方式中，聚合物与电活性材料(例如，硫)的重量比可以为0.01-20:20-50，优选0.1-15:25-45，更优选1-10:30-40。
17、交联剂
18、聚合物可以使用任何合适的方法，例如，通过加热或通过暴露于辐射例如uv辐射来行交联。例如，在使用生物聚合物如明胶的情况下，聚合物可以通过加热交联。
19、在一些实施例中，聚合物通过交联剂与聚合物反应而交联。可以使用任何合适的交联剂。
20、合适的交联剂包括醛。合适的醛的实例包括甲醛，二醛，戊二醛，甘油醛和糠醛。在一些实施方式中，酮用作交联剂。合适的酮包括丙酮，二缩醛和其他二酮，例如戊二酮，例如氯代戊烷二酮。
21、交联剂的其他实例包括碳二亚胺、脲、乙二醛、聚甲醛、亚胺、二环氧化合物和二异氰酸酯。也可以使用酶，例如反式谷氨酰胺酶。在进一步的实施方式中，交联剂选自双(2-氯乙基脲)；2-羟基-4,6-二氯-1,3,5-三嗪；us 3,288,775中公开的反应性含卤素化合物；氨基甲酰基吡啶化合物，其中吡啶环带有硫酸盐或烷基硫酸盐基团，公开于us 4,063,952和us 5,529,892中；二乙烯基砜和s-三嗪衍生物如2-羟基-4,6-二氯-s-三嗪。合适的交联剂的其他实例包括1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳二亚胺盐酸盐(edc或edac)。
22、交联剂可以以任何合适的量添加。例如，粘结剂中的交联剂与聚合物的重量比可以为0.01-20:10-200，优选0.1-10:20-100，更优选1-5:10-50。
23、聚合物可以通过任何合适的方法交联。例如，在一个实施方式中，包含导电材料、电活性硫材料和粘合剂的电极混合物可以分散于溶剂(例如，水或有机溶剂)中而形成施加于集电器上的浆料。可以将浆料干燥并将获得的结构压缩而形成沉积于集电器上的基质。交联剂可以施加于基质上而使基质中的聚合物交联。交联剂可以作为单独的溶液施加或与随后在电池组装期间与电极接触的电解质溶液混合。
24、在可替换的实施方式中，交联剂可以在将浆料沉积于集电器上之前或之后添加到浆料中。
25、在另一个可替换方案中，聚合物可以在引入电极混合物之前交联。包含导电材料、电活性硫材料和交联的聚合物粘合剂的得到的混合物可以分散于溶剂(例如，水或有机溶剂)中而形成施加于集电器上的浆料。可以将浆料干燥并压缩得到的结构而形成沉积于集电器上的基质。
26、交联反应可以通过添加水分，用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于锂硫电池的电极，所述电极包括沉积在集电器上的基质，其中所述基质包含导电材料、电活性硫材料和粘合剂，所述粘合剂包括交联以在所述基质中形成交联聚合物网络的聚合物，
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述生物聚合物是选自明胶、胶原和胶原模拟肽的多肽。
3.根据权利要求1所述的电极，其中所述生物聚合物是壳聚糖。
4.根据权利要求1或2所述的电极，其中所述交联剂为甲醛或二异氰酸酯。
5.根据权利要求1或2所述的电极，其中所述基质包含0.01至50重量％的交联聚合物。
6.根据权利要求1或2所述的电极，其中电活性硫材料与导电材料的重量比为0.01-10：10-50。
7.根据权利要求1或2所述的电极，其中聚合物的重量与导电材料和电活性硫材料的重量之比为0.01-10：30-60。
8.根据权利要求1或2所述的电极，其中所述导电材料包括颗粒碳材料，并且所述电活性硫材料包括单质硫。
9.一种锂硫电池，包括前述权利要求中任一项所述的阴极和由锂金属或锂合金形成的阳极。
10.根据权
11.生产根据权利要求1至8中任一项所述的用于锂硫电池的电极的方法，所述方法包括：
12.根据权利要求11所述的方法，其中将包含所述电极混合物和溶剂的浆料沉积到所述集电器上。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将交联剂添加到所述涂覆的集电器上以使所述聚合物交联。
14.根据权利要求11所述的方法，其中将交联剂添加到电解质中，随后使所述电解质与所述涂覆的集电器接触。
15.根据权利要求1至8中任一项所述的电极，其能够通过权利要求11至14中任一项的方法获得。
...【技术特征摘要】
1.一种用于锂硫电池的电极，所述电极包括沉积在集电器上的基质，其中所述基质包含导电材料、电活性硫材料和粘合剂，所述粘合剂包括交联以在所述基质中形成交联聚合物网络的聚合物，
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述生物聚合物是选自明胶、胶原和胶原模拟肽的多肽。
3.根据权利要求1所述的电极，其中所述生物聚合物是壳聚糖。
4.根据权利要求1或2所述的电极，其中所述交联剂为甲醛或二异氰酸酯。
5.根据权利要求1或2所述的电极，其中所述基质包含0.01至50重量％的交联聚合物。
6.根据权利要求1或2所述的电极，其中电活性硫材料与导电材料的重量比为0.01-10：10-50。
7.根据权利要求1或2所述的电极，其中聚合物的重量与导电材料和电活性硫材料的重量之比为0.01-10：30-60。
8.根据权利要求1或2所述的电极，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿什利·库克，利塞特·乌鲁希亚，史蒂芬·罗兰兹，菲利普·J·托伊，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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