一種超導(dǎo)復(fù)合膠電極漿料及其制備方法、超導(dǎo)鋰硫電池硫正極電極片的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種裡硫電池正極材料，更具體地說(shuō)，是一種改性硫電極材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池具有能量密度高，自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬、循環(huán)壽命 長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是目前綜合性能較好二次電池體系，并已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電 腦等便攜式電子設(shè)備上。然而隨著電子電動(dòng)設(shè)備的不斷發(fā)展，尤其是近年來(lái)電動(dòng)汽車和混 合動(dòng)力汽車的興起，傳統(tǒng)裡離子電池已經(jīng)越來(lái)越難W滿足人們對(duì)于電池能量的需求。傳統(tǒng) 裡離子電池正極材料W過(guò)渡金屬氧化物為主（如LiCo〇2、LiMn〇2和LWePO4等），雖然具有 循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但是受到其相對(duì)較低的理論比容量限制，難W滿足動(dòng)力電池 對(duì)高能量密度的需求。裡硫電池是W單質(zhì)硫?yàn)檎龢O，金屬裡為負(fù)極的電池體系。單質(zhì)硫擁 有1675mAhgi的理論比容量，對(duì)應(yīng)的裡硫電池?fù)碛?600怖kg1的理論比能量，是目前商業(yè) 化裡離子電池實(shí)際所能達(dá)到的近10倍左右，同時(shí)活性物質(zhì)硫的來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，環(huán)境 友好，因此裡硫電池被認(rèn)為是最具潛力新一代高能儲(chǔ)能體系之一（參見(jiàn)：Manthiram,A. ,S. H.Chung,andC.Zu,Lithium-sulfurbatteries:progressandprospects[J].Adv Mater,2015. 27(12) : 1980-2006.)。盡管裡硫電池?fù)碛腥绱说恼T人的優(yōu)點(diǎn)，但該體系仍然 存在著一些問(wèn)題，導(dǎo)致其商業(yè)化進(jìn)程緩慢。運(yùn)些問(wèn)題包括硫及還原產(chǎn)物L(fēng)izS的電子、離 子傳導(dǎo)性差，充放電過(guò)程電極體積變化大，中間產(chǎn)物在電解液中的具有溶解性W及伴隨的 "穿梭效應(yīng)"等，導(dǎo)致裡硫電池的循環(huán)壽命較差（參見(jiàn)：Fang,X.and比Peng,Arevolution inelectrodes:recentprogressinrech曰rge曰blelithium-sulfurb曰tteries[J]. Small,2015. 11(13) :1488-511.)。近年來(lái)，各類的硫碳復(fù)合物材料被合成，并有效提高了裡 硫電池的電化學(xué)性能，然后復(fù)雜且昂貴的特殊結(jié)構(gòu)碳材料制備并不適用于工業(yè)化生產(chǎn)，而 采用多功能粘結(jié)劑有望簡(jiǎn)單而有效的達(dá)到提升電池性能的目的。在電池中，粘結(jié)劑一般是 將活性物質(zhì)粘結(jié)到集流體上，在充放電過(guò)程中被用W維持電極的結(jié)構(gòu)完整性，確保電子通 路，保證電池正常運(yùn)行的高分子材料，是影響電池性能的至關(guān)重要的因素?，F(xiàn)在用于裡硫電 池正極材料的粘結(jié)劑仍W傳統(tǒng)的聚偏氣乙締（PVD巧為主。但傳統(tǒng)的聚偏氣乙締作為粘結(jié) 劑，由于其毒性過(guò)大，且必須使用有毒的溶劑，生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境的污染很大，對(duì)作業(yè)人員的健 康造成威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種價(jià)格低廉，安全環(huán)保、易于工 業(yè)化，可顯著提高硫正極電化學(xué)性能的超導(dǎo)復(fù)合膠電極漿料；
[0004] 本發(fā)明的另一目的是提供上述裡硫電池硫正極漿料的制備方法； 陽(yáng)〇化]本發(fā)明的又一目的是提供上述利用上述裡硫電池正極漿料制備裡硫電池正極電 極片。
[0006] 一種超導(dǎo)復(fù)合膠電極漿料，各組分按重量份計(jì)包括：海藻酸鋼I份、阿拉伯膠 0. 5-3份、水25-36份、單質(zhì)硫2-9份、科琴黑1-6份。
[0007] 作為優(yōu)選方案，上述的超導(dǎo)復(fù)合膠電極漿料，各組分按重量份計(jì)包括：海藻酸鋼1 份、阿拉伯膠1份、水30份、單質(zhì)硫4份、科琴黑2份。
[0008] 優(yōu)選的，所述單質(zhì)硫?yàn)樯A硫。
[0009] 優(yōu)選的，所述的超導(dǎo)復(fù)合膠電極漿料，其特征在于：所述水為去離子水。
[0010] 上述的超導(dǎo)復(fù)合膠電極漿料的制備方法，其特征在于：按配方比例將海藻酸鋼混 合阿拉伯膠均勻后加入水中溶解分散，加入單質(zhì)硫和科琴黑，攬拌至混合均勻，即可。
[0011] 一種超導(dǎo)裡硫電池硫正極電極片的制備方法，包括如下步驟：
[0012] 1)將侶錐依次用去離子水和丙酬清洗，干燥，裁成直徑14mm的圓片；
[0013] 2)將上述的漿料倒在清洗干燥后的侶錐上，用刮刀均勻地將漿料涂覆在侶錐的毛 面，干燥，即可得到正極電極片。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟2)中，干燥的過(guò)程采用先真空干燥再常壓干燥的方法。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述真空干燥的溫度為40°C、干燥時(shí)間為化；所述常壓干燥的溫 度為80°C、干燥時(shí)間為化。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟2)中，將10-12UL的漿料均勻涂于14mm的侶錐圓片的毛面。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟2)中，刮刀的使用厚度為200-400ym。
[0018] 海藻酸鋼又名褐藻酸鋼、海帶膠、褐藻膠、藻酸鹽，是由海帶中提取的天然多糖碳 水化合物。廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、紡織、印染、造紙、日用化工等產(chǎn)品，作為增稠劑、乳化劑、 穩(wěn)定劑、粘合劑、上漿劑等使用。但尚未有人將其應(yīng)用于電極材料的制備領(lǐng)域。海藻酸鋼是 一種高粘性的高分子化合物，它與淀粉、纖維素等的不同之處，是它具有簇基，是P-D-甘 露糖醒酸的醒基W巧鍵形成的高聚糖醒酸。因此，作為硫電極的粘結(jié)劑，具有天然的優(yōu)勢(shì)。 阿拉伯膠是一種安全無(wú)害的增稠劑，具有水溶性，可W用水做粘結(jié)劑，避免了采用傳統(tǒng)粘結(jié) 劑是有毒有機(jī)溶劑的使用，使得電極制備過(guò)程更加綠色環(huán)保。W阿拉伯膠作為正極材料粘 結(jié)劑，可W提供更加均勻而強(qiáng)初的電極結(jié)構(gòu)，而阿拉伯膠良好的彈性可W緩沖電極體積變 化。同時(shí)，阿拉伯膠上豐富的官能團(tuán)可W與硫正極充放電中間產(chǎn)物聚硫離子形成化學(xué)鍵合， 有效抑制聚硫離子的溶解和穿梭。利用阿拉伯膠物理和化學(xué)兩方面的雙重功能，顯著提高 了裡硫電池的循環(huán)性能。
[0019] 本發(fā)明將海藻酸鋼和阿拉伯膠運(yùn)兩種綠色植物膠混配后作為裡硫二次電池正極 材料粘結(jié)劑，起到事半功倍的效果，不僅提高了電極材料的電化學(xué)性能，而且對(duì)環(huán)境無(wú)任何 污染，對(duì)人體為傷害。經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明正極材料的裡硫電池在高放電比電容（1200mAh/g) 時(shí)，循環(huán)次數(shù)在200次W上，電容仍可W保持穩(wěn)定。
[0020] 科琴黑是一種專用于裡電池的高能效、高純度的導(dǎo)電碳黑。與其他用于電池的導(dǎo) 電炭黑相比較，科琴黑具有獨(dú)特的支鏈狀形態(tài)。運(yùn)種形態(tài)的優(yōu)點(diǎn)在于，導(dǎo)電體導(dǎo)電接觸點(diǎn) 多，支鏈形成較多導(dǎo)電通路，因而只需很少的添加量即可達(dá)到極高的導(dǎo)電率（其他碳黑多 為圓球狀或片狀，故需要很高的添加量才能達(dá)到所需的電性）。因科琴黑的超高的導(dǎo)電性， 其