一种用于锂硫电池阴极的动物胶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CN113363491A(43)申请公布日2021.09.07(21)申请号202110650473.6(22)申请日2021.06.09(71)申请人山东交通学院地址250023山东省济南市天桥区交校路5号(72)发明人王天舒张少君王明雨(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种用于锂硫电池阴极的动物胶粘结剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种用于锂硫电池阴极的动物胶粘结剂及其制备方法，所述的锂硫电池阴极粘结剂由3‑磺基‑丙氨酸和盐酸多巴胺复合改性动物胶而成。本发明通过天然生物高分子动物胶制备锂硫电池的新型复合粘结剂代替传统粘结剂聚偏二氯乙烯，动物胶分子中的氨基和羧基分别与3‑磺基‑丙氨酸分子中的羧基，盐酸多巴胺分子中的氨基发生酰胺化反应，且3‑磺基‑丙氨酸分子中的‑SO3H基团能够通过取代反应将阴极活性材料固定，提高硫活性材料的利用率；盐酸多巴胺中的儿茶酚胺基团能够更加牢固地保护硫阴极的结构完整性。这种动物胶复合改性粘结剂不仅作为粘结剂还可作为阴极材料的强分散剂，且该粘结剂制备合成简单，具有良好的电化学稳定性、更长的循环寿命。CN113363491ACN113363491A权利要求书1/1页1.一种用于锂硫电池阴极的动物胶粘结剂及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将BG与水置于三口烧瓶，于50℃水浴加热下，100r/min机械搅拌30min后，缓慢加入100mL的1mol/L柠檬酸或酒石酸或苹果酸，成黄色骨胶胶液；2)向所述步骤1)所述的黄色骨胶胶液中缓慢加入100mL的1mol/L水解剂，50℃水浴下，继续100r/min机械搅拌40min，得到骨胶水解溶液；3)将所述步骤2)所述的骨胶水解溶液置于70℃的油浴锅中，缓慢加入L‑RG粉末，250r/min机械搅拌5h后，趁热过滤去除未完全溶解的骨胶凝胶；4)通入1.2％浓度的N2，向所述步骤3)中的滤液加入C8H12ClNO2，在100℃油浴加热下，400r/min搅拌12h后，得到淡黄色胶液；5)将步骤4)所述的淡黄色胶液置于旋转蒸发器中，200r/min旋蒸浓缩60min后，置于‑30℃真空干燥机中冷冻成粉，即得到用于锂硫电池阴极的动物胶粘结剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中水解剂为酒石酸、苹果酸、枸橼酸、琥珀酸、葡萄酸、柠檬酸、丙酮酸天然有机酸中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中选用3‑磺基‑丙氨酸L‑RG作为改性剂，是由于L‑RG分子中的羧基可与动物胶分子中的氨基发生酰胺化反应，且3‑磺基‑丙氨酸分子中的‑SO3H基团能够通过取代反应将阴极活性材料固定，提高硫活性材料的利用率。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中选用盐酸多巴胺C8H12ClNO2作为另一种改性剂，是因为C8H12ClNO2分子中的氨基可与动物胶分子中的羧基发生酰胺化反应，其引入盐酸多巴胺中的儿茶酚胺基团能够保护硫阴极的结构完整性。5.一种利用权利要求1‑4中任一项所述的制备方法制备的用于锂硫电池阴极的动物胶粘结剂，其特征在于，包括以下原料组分：27.8％‑38.5％动物胶BG、6.9％‑8.2％3‑磺基‑丙氨酸L‑RG、9.7％‑15.4％盐酸多巴胺C8H12ClNO2、余量为水；重量百分比wt％.。2CN113363491A说明书1/4页一种用于锂硫电池阴极的动物胶粘结剂及其制备方法技术领域[0001]本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种用于锂硫电池阴极的动物胶粘结剂及其制备方法。背景技术[0002]高性能粘合剂应具有极高的电极材料对集电器的粘附能力，高能量密度的锂硫电池可以满足在现代生活中手机、电动汽车、充电宝等需储能设备的全部要求。但其硫及硫化物的绝缘性，多硫化物的溶解和穿梭以及硫的体积波动等问题仍阻碍其广泛使用。目前，锂硫电池的研究热点是增加绝缘硫与导电剂的相互作用。尤其在硫阴极中的组分中，硫阴极的内表面被粘结剂包裹着，利用粘结剂在导电材料和活性材料之间建立连接，其高粘附能力以及在活性材料和导电碳之间形成良好电网络的能力，以促进电子传输以及锂的扩散离子，从而改善锂硫电池的循环寿命和硫利用率。[0003]聚偏二氟乙烯(PVDF)具有良好的电化学稳定性，可与电解质的良好润湿性以及电极层压板和集电器之间可接受的粘附力，是目前硫阴极使用最广泛的粘合剂之一。但PVDF需溶解在有毒有害的N‑甲基‑1‑2‑吡咯烷酮(NMP)溶剂使用，这会引起安全问题和严重污染。同时，PVDF对湿度非常敏感，在潮湿条件下，会因吸水快速降低