一种锂硫电池用复合粘结剂及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109980227A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910270892.X(22)申请日2019.04.04(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人卢赟刘兴兴苏岳锋陈来赵双义贾盈娜姚金雨包丽颖王敬黄擎陈实吴锋(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人张洁仇蕾安(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图7页(54)发明名称一种锂硫电池用复合粘结剂及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种锂硫电池用复合粘结剂及其制备方法，属于化学储能电池领域。所述粘结剂由PVDF和PU复合而成，所述PU为支化结构的聚酯型聚氨酯，以所述粘结剂的总体质量为100％计，PU的质量分数为10～30％，其余为PVDF。所述方法通过将PVDF溶液和PU溶液按照PU占PVDF和PU总质量的10～30％混合，搅拌两天以上得到。PU的加入使得原本结晶较强的PVDF失去部分结晶态，从而使得本来应当出现孔隙的地方变得致密，维持了电极结构的稳定性，而且PU中的极性官能团抑制了多硫化物的溶解于扩散，使得目标粘结剂电极性能优良。所述方法操作简单，工艺及技术容易实现。CN109980227ACN109980227A权利要求书1/1页1.一种锂硫电池用复合粘结剂，其特征在于：所述粘结剂由PVDF和PU复合而成，所述PU为支化结构的聚酯型聚氨酯，以所述粘结剂的总体质量为100％计，PU的质量分数为10～30％，其余为PVDF。2.一种如权利要求1所述的锂硫电池用复合粘结剂的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤(1)：将PVDF加入N-甲基吡咯烷酮中，搅拌配制成均一稳定的PVDF溶液；步骤(2)：将PU加入易挥发的良溶剂中，搅拌配制成均一稳定的PU溶液；步骤(3)：将上述的PVDF溶液和PU溶液按照PU占PVDF和PU总质量的10～30％混合，搅拌两天以上，得到一种锂硫电池用复合粘结剂。3.如权利要求2所述的一种锂硫电池用复合粘结剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述PVDF溶液中PVDF的质量分数为3～5％。4.如权利要求2所述的一种锂硫电池用复合粘结剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述PU溶液中PU的质量分数为3～5％。5.如权利要求2所述的一种锂硫电池用复合粘结剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述良溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、聚亚甲基噻吩或聚四氢呋喃。6.如权利要求2所述的一种锂硫电池用复合粘结剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述PVDF溶液和所述PU溶液按照等质量分数进行混合。2CN109980227A说明书1/8页一种锂硫电池用复合粘结剂及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种锂硫电池用复合粘结剂及其制备方法，属于化学储能电池领域。背景技术[0002]随着化石燃料燃烧带来环境污染问题的积重难返和化石能源即将耗尽的局面愈演愈烈，人类将目光转移到了更加绿色环保的清洁能源，然而清洁能源的产能过剩和大量弃用的现象又需要储能手段来解决，而储能手段中应用较为广泛的就是我们熟知的电池。锂离子电池由于其体积能量密度高，近年来已经得到了非常多的应用，可以说已经占据了整个储能类电子市场，比如钴酸锂电池。但是锂离子电池的能量密度已经快要做到其理论能量密度了，却仍然不能满足人类对于储能的要求。这时候人们就将眼光放到具有更高理论能量密度的锂硫电池(2600Wh/kg)，它拥有着近乎锂离子电池十倍之多的能量密度，且硫本身在地壳当中的储量较之钴元素非常丰富，且硫本身无毒无害环境友好，所以锂硫电池一度被看做是未来储能领域的一大亮点。然而锂硫电池本身也存在着硫及其放电产物导电性差、多硫化物极易溶于电解液形成穿梭效应、循环过程中硫的大体积膨胀等突出问题，针对这些问题人们做出了许多努力，这其中也不乏对粘结剂进行改性以达到解决上述问题的方案。[0003]目前锂二次电池中常使用聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，主要是由于PVDF具有高粘结强度，高热稳定性和宽的电化学窗口。但是作为锂硫电池粘结剂使用时，PVDF存在以下缺陷：[0004](1)PVDF仅仅是一种粘结成分，无电化学活性，且由于其极易在有机电解液中发生溶胀溶解，不能很好地起到将活性物质粘到集流体的粘接作用；[0005](2)PVDF由于本身分子链规整度很高，极易结晶，而结晶会使得其延展性变差，在分子运动的过程中极易在电极中形成空洞，使得电极孔隙率增大；[0006](3)PVDF粘结剂在锂硫电池的电化学反应过程中始终是惰性的，它对于多硫化物完全没有吸附能力，不能抑制锂硫电池多硫化物的穿梭效应。[0007]Manthiram等人利用