一种无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种裡硫电池正极材料，更具体地说，是一种改性硫电极材料。
【背景技术】
[0002] 裡离子电池具有能量密度高，自放电小、无记忆效应、工作溫度范围宽、循环寿命 长等优点，是目前综合性能较好二次电池体系，并已广泛应用于手机、数码相机和笔记本电 脑等便携式电子设备上。然而随着电子电动设备的不断发展，尤其是近年来电动汽车和混 合动力汽车的兴起，传统裡离子电池已经越来越难W满足人们对于电池能量的需求。传统 裡离子电池正极材料W过渡金属氧化物为主（如LiCo化、LiMn化和LiFeP〇4等），虽然具有循 环寿命长、安全性好等优点，但是受到其相对较低的理论比容量限制，难W满足动力电池对 高能量密度的需求。裡硫电池是W单质硫为正极，金属裡为负极的电池体系。单质硫拥有 1675mAh g-i的理论比容量，对应的裡硫电池拥有2600Wh kg-i的理论比能量，是目前商业化 裡离子电池实际所能达到的近10倍左右，同时活性物质硫的来源广泛，价格低廉，环境友 好，因此裡硫电池被认为是最具潜力新一代高能储能体系之一（参见：Manthiram, A.， S.Η.Chung,and C.Zu,Lithium-sulfur batteries :progress and prospects[J].Adv Mater ,2015.27( 12): 1980-2006.)。尽管裡硫电池拥有如此的诱人的优点，但该体系仍然存 在着一些问题，导致其商业化进程缓慢。运些问题包括硫及还原产物Li2S的电子、离子传导 性差，充放电过程电极体积变化大，中间产物在电解液中的具有溶解性W及伴随的"穿梭效 应"等，导致裡硫电池的循环寿命较差（参见：Fang,X.and H.Peng,A revolution in electrodes:recent progress in rechargeable lithium-sulfur b曰tteries[J].Sm曰11, 2015.11(13):1488-511.)〇
[0003] 近年来，各类的硫碳复合物材料被合成，并有效提高了裡硫电池的电化学性能，然 后复杂且昂贵的特殊结构碳材料制备并不适用于工业化生产，而采用多功能粘结剂有望简 单而有效的达到提升电池性能的目的。在电池中，粘结剂一般是将活性物质粘结到集流体 上，在充放电过程中被用W维持电极的结构完整性，确保电子通路，保证电池正常运行的高 分子材料，是影响电池性能的至关重要的因素。现在用于裡硫电池正极材料的粘结剂仍W 传统的聚偏氣乙締(PVDF)为主。但传统的聚偏氣乙締作为粘结剂，由于其毒性过大，且必须 使用有毒的溶剂，生产中对环境的污染很大，对作业人员的健康造成威胁。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种价格低廉，安全环保、易于工 业化，可显著提高硫正极电化学性能的无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料；
[0005] 本发明的另一目的是提供上述裡硫电池硫正极浆料的制备方法；
[0006] 本发明的又一目的是提供上述利用上述裡硫电池正极浆料制备裡硫电池正极电 极片。
[0007] -种无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料，各组分按重量份计包括:阿拉伯 胶2份、Ti02纳米颗粒0.2-1份、水52-67份、单质硫8-14份、碳纳米管3-7份。
[0008] 作为优选方案，上述的无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料，各组分按重量 份计包括:阿拉伯胶2份、Ti〇2纳米颗粒0.4份、水60份、单质硫9份、碳纳米管4.5份。
[0009] 优选的，所述单质硫为升华硫。
[0010] 优选的，所述Ti化纳米颗粒采用金红石型Ti化
[0011] 优选的，所述水为去离子水。
[0012]上述的无机改性的植物型胶粘的活性硫电极浆料的制备方法，按配方比例将阿拉 伯胶加入水中溶解分散，加入单质硫和碳纳米管，揽拌至混合均匀，再加入Ti化纳米颗粒， 分散均匀即可。
[0013] -种裡硫电池硫正极电极片的制备方法，包括如下步骤：
[0014] 1)将侣锥依次用去离子水和丙酬清洗，干燥，裁成直径14mm的圆片；
[0015] 2)将上述的浆料倒在清洗干燥后的侣锥上，用刮刀均匀地将浆料涂覆在侣锥的毛 面，干燥、裁成直径14mm的圆片，即可得到正极电极片。
[0016] 优选的，所述步骤2)中，干燥的过程采用先真空干燥再常压干燥的方法。
[0017] 进一步优选的，所述真空干燥的溫度为60°C、干燥时间为化;所述常压干燥的溫度 为80°C、干燥时间为化。
[0018] 优选的，所述步骤2)中，将2-3mL的浆料涂覆于直径14mm的侣锥圆片上，优选浆料 用量为2.7mL。
[0019] 优选的，所述步骤2)中，刮刀的使用厚度为200-400皿。
[0020] 阿拉伯胶是一种安全无害的增稠剂，具有水溶性，可W用水做粘结剂，避免了采用 传统粘结剂是有毒有机溶剂的使用，使得电极制备过程更加绿色环保。W阿拉伯胶作为正 极材料粘结剂，可W提供更加均匀而强初的电极结构，而阿拉伯胶良好的弹性可W缓冲电 极体积变化。同时，阿拉伯胶上丰富的官能团可W与硫正极充放电中间产物聚硫离子形成 化学键合，有效抑制聚硫离子的溶解和穿梭。利用阿拉伯胶物理和化学两方面的双重功能， 显著提高了裡硫电池的循环性能。
[0021 ]二氧化铁具有半导体的性能，由于二氧化铁的介电常数较高，因此具有优良的电 学性能。金红石型的介电常数，其晶体的方向与C轴相平行时，介电常数为180,与C轴呈直角 时为90，其粉末平均值为114。同时，二氧化铁具有亲水性能。
[0022] 本发明巧妙的将二氧化铁作为改性添加剂，可W进一步提高阿拉伯胶的粘结性和 电化学性能，同时也可W提高碳纳米管的活性，使其在胶粘剂溶液中分布的更加均匀。本发 明将无机改性的阿拉伯胶作为裡硫二次电池正极材料粘结剂，起到事半功倍的效果，不仅 提高了电极材料的电化学性能，而且无需有机溶剂，对环境无任何污染，对人体为伤害。