复合粘结剂及其应用、锂硫电池正极和锂硫电池

本发明属于锂硫电池，具体涉及复合粘结剂及其应用、锂硫电池正极和锂硫电池。

背景技术：

1、锂硫电池相比于锂离子电池来说，具有更高的比容量和能量密度。同时，从原料成本上考虑，单质硫储量丰富，价格远低于金属矿物；并且低毒环保，因此锂硫电池相比于锂离子电池具有更大的应用潜力。

2、锂硫电池正极包括集流体和负载集流体上的正极材料，正极材料包括活性材料、导电剂和粘结剂，通过粘结剂将活性材料和导电剂粘附在集流体上。目前常用的粘结剂主要为羧甲基纤维素(cmc)。在电池充放电过程中正极材料容易发生体积形变，造成正极材料和集流体发生分层；同时传统的粘结剂会在整个电极上形成一个连续的网络并填充在正极材料的孔隙中，减少了正极材料的活性位点，并严重限制电解质扩散到厚电极的深处，进而造成锂硫电池的循环稳定性降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合粘结剂及其应用、锂硫电池正极和锂硫电池，将本发明提供的复合粘结剂应用到锂硫电池正极中，能够进一步提高锂硫电池的循环稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种复合粘结剂，包括细菌纤维素和水性粘结剂。

4、优选的，所述水性粘结剂包括la133水性粘结剂、la132水性粘结剂、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸和聚乙烯醇中的一种或几种。

5、优选的，所述水性粘结剂和细菌纤维素的质量比为0.5～5：1。

6、本发明还提供了上述技术方案所述的复合粘结剂在锂硫电池正极中的应用。

7、本发明还提供了一种锂硫电池正极，包括集流体和负载在所述集流体上的正极材料，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为上述技术方案所述的复合粘结剂。

8、优选的，所述正极活性材料包括单质硫、有机硫化物、金属硫化物和硫碳复合材料中的一种或几种；

9、所述导电剂包括炭黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种；

10、所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为60～75：15～25：2～10。

11、优选的，所述硫碳复合材料的制备方法包括以下步骤：

12、将碳材料和单质硫混合，依次经球磨和热处理，得到所述硫碳复合材料；

13、所述碳材料包括炭黑；

14、所述碳材料和单质硫的质量比为2：8～3：7；

15、所述球磨的转速为120～200r/min，时间为5～10min，球料比为5～10：1；

16、所述热处理的温度为155℃，保温时间为12～24h。

17、本发明还提供了一种锂硫电池，包括正极、锂金属负极、隔膜和电解液，所述正极为上述技术方案所述的锂硫电池正极。

18、优选的，所述电解液为li2s8改性电解液；

19、所述li2s8改性电解液包括li2s8和锂硫电解液；

20、所述li2s8改性电解液中li2s8的摩尔浓度为0.05～0.2mol/l。

21、优选的，所述li2s8改性电解液的制备方法包括以下步骤：

22、将单质硫、li2s和锂硫电解液混合，经化合反应得到所述li2s8改性电解液。

23、本发明提供了一种复合粘结剂，包括细菌纤维素和水性粘结剂。将本发明提供的复合粘结剂应用到锂硫电池正极中，在细菌纤维素和水性粘结剂的共同作用下，能够在正极材料和集流体之间形成网状的机械强度高的桥接键，进而有效地适应了在电池充放电过程中的体积变化；同时能够增大正极活性材料的电化学活性位点的数量，进一步提高锂硫电池的循环稳定性。

技术特征：

1.一种复合粘结剂，其特征在于，包括细菌纤维素和水性粘结剂。

2.根据权利要求1所述的复合粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂包括la133水性粘结剂、la132水性粘结剂、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸和聚乙烯醇中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的复合粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂和细菌纤维素的质量比为0.5～5：1。

4.权利要求1～3任一项所述的复合粘结剂在锂硫电池正极中的应用。

5.一种锂硫电池正极，包括集流体和负载在所述集流体上的正极材料，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，其特征在于，所述粘结剂为权利要求1～3任一项所述的复合粘结剂。

6.根据权利要求5所述的锂硫电池正极，其特征在于，所述正极活性材料包括单质硫、有机硫化物、金属硫化物和硫碳复合材料中的一种或几种；

7.根据权利要求6所述的锂硫电池正极，其特征在于，所述硫碳复合材料的制备方法包括以下步骤：

8.一种锂硫电池，包括正极、锂金属负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正极为权利要求5～7任一项所述的锂硫电池正极。

9.根据权利要求8所述的锂硫电池，其特征在于，所述电解液为li2s8改性电解液；

10.根据权利要求9所述的锂硫电池，其特征在于，所述li2s8改性电解液的制备方法包括以下步骤：

技术总结
本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及复合粘结剂及其应用、锂硫电池正极和锂硫电池。本发明提供了一种复合粘结剂，包括细菌纤维素和水性粘结剂。本发明将细菌纤维素作为粘结剂的成分应用到锂硫电池正极中，在和水性粘结剂的共同作用下，能够在正极材料和集流体之间形成网状的机械强度高的桥接键，进而有效的适应了在电池充放电过程中的体积变化；同时能够增大正极活性材料的电化学活性位点的数量，进一步提高锂硫电池的循环稳定性。

技术研发人员：丁兵,夏启桢,许冲,凡赠杰,毛志浩,李剑超,窦辉,张校刚
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15