CN112382760B - 一种锂硫电池正极水性导电粘结剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂硫电池正极水性导电粘结剂及其制备方法，所述的导电粘结剂原料包括碳材料与粘结性聚合物，两者的质量比为0.9‑1.1:0.9‑1.1，其中，所述的碳材料包括零维碳、一维碳和二维碳，三者的质量比为零维碳：一维碳：二维碳＝3‑9:1‑8:1‑3。本发明适用于锂硫电池的各种粘结剂，具有很好的普适性。

Description

一种锂硫电池正极水性导电粘结剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂硫电池正极水性导电粘结剂的制备方法。
背景技术
以单质硫(理论比容量1675mAh·g-1)作为正极材料的锂硫电池的理论比能量密度高达2600Wh·kg-1，并且具有环境友好、价格成本低和储量丰富等优点。因此，锂硫电池被认为是极具开发潜力的下一代高能量密度二次电池体系。
然而，单质硫及其放电产物多硫化锂导电性差，严重影响了电子的传导，从而降低活性物质的利用率，导致锂硫电池实际能量密度较低。其次，由于单质硫(2.03g·cm-3)和放电产物硫化锂(1.66g·cm-3)的密度相差大，电极在充放电的过程中体积膨胀可达到80％，电极粘附力低致使活性物质的容易发生脱落，电极结构被破坏，最终导致容量的快速衰减。最后，大部分的硫载材料或粘结剂对充放电过程中的多硫化锂中间体的吸附较弱，很难有效抑制锂硫电池的穿梭效应(Adv.Energy Mater.2020,2000082)。
目前报道的锂硫电池正极大部分采用复杂的工艺来合成硫载客体材料，或通过设计三维自支撑集流体的方式来提高单位硫载量和能量密度。这些策略成本耗费较高，产业化批量制备前景有限，在实际应用中受到了明显的限制(Frontiers in Energy Research2019,Volume 7,123)。更值得注意的是，使用商业化铝箔集流体目前能达到的单位硫载量普遍低于3mg cm-2，远无法满足制备高能量密度电池的需求(Adv.Energy Mater.2018,8,1802107)。因此，在传统电极制备工艺路线下，开发可规模化制备高硫负载正极商是现在锂硫电池研究的难点。
发明内容
本发明的目的在于解决硫正极在集流体上低粘附力、低导电性等问题，而提供了一种高负载锂硫电池使用的导电粘结剂及其制备方法。该方法制备的水性导电粘结剂同时提供了导电三维网络与复配粘结剂的交联网络，具有粘附力强、电子与离子电导率高、分散性稳定，调浆工艺简便等优点；应用于锂硫电池中可有效提高电极硫载量与面容量，获得稳定电池循环性能。
本发明的技术方案如下：
一种锂硫电池正极水性导电粘结剂，原料包括碳材料与粘结性聚合物，两者的质量比为0.9-1.1:0.9-1.1，其中，所述的碳材料包括零维碳、一维碳和二维碳，三者的质量比为零维碳：一维碳：二维碳＝3-9:1-8:1-3；零维碳、一维碳、二维碳与粘结性聚合物复合，构建成点、线、面相互接触的导电三维网络。
优选地，导电粘结剂的溶剂为水，碳材料与粘结性聚合物分散在水中形成的粘稠分散液，分散液的粘度为500-20000mPa·s；所述水性导电粘结剂固含量为1-20％。
优选地，粘稠分散液的粘度为1000-7000mPa·s；所述水性导电粘结剂固含量为2-10％。
优选地，粘结性聚合物可以为羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、聚氨酯(PU)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、海藻酸盐(Alg)、黄原胶(XG)、瓜尔豆胶(GG)、阿拉伯胶(AG)、明胶、卡拉胶、壳聚糖、LA133等水性粘结剂中的至少一种。
优选地，一维碳为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、气相生长碳纤维中的一种或几种，长径比为100-8000，优选为400-6000；二维碳材料为天然石墨粉、膨胀石墨中的至少一种，其中膨胀石墨目数为10-5000，优选为20-2000；零维碳包括乙炔黑、科琴黑中的至少一种。
本发明的另一技术方案为：
一种锂硫电池正极水性导电粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将少量第一粘结性聚合物溶解于去离子水中配成溶液；
2)利用搅拌剪切分散将一维碳材料粉末溶解于部分步骤1)所制备的溶液，并超声分散，得到一维碳材料分散液；
3)将零维碳、二维碳材料与第二粘结性聚合物混合，再倒入步骤1)所制备的溶液的剩余部分；
4)利用机械研磨对混合物进行处理，处理方式包括球磨或砂磨；
5)将步骤4)得到的浆料倒出，加入步骤2)得到的一维碳材料分散液，进行搅拌剪切分散处理；
6)在步骤5)得到的浆料中继续加入粘结性聚合物，再向浆料中加入去离子水和乙醇，继续搅拌剪切，得到所述导电粘结剂。
优选地，步骤1)中的溶液，第一粘结性聚合物的浓度为1-50g/L。
优选地，步骤2)的搅拌剪切时间为30-90min；超声时间为10-30min,超声频率范围为5-30KHz。搅拌剪切分散可以为磁力搅拌、机械搅拌和乳化剪切中的一种。
优选地，第二粘结性聚合物的浓度为1-50％。
优选地，步骤4)球磨为，直径为2-4mm球磨小珠与直径为7-9mm的球磨大珠按照1:1-10的质量比混合，能够达到既分散粘结性聚合物又分散剥离碳材料的效果。
在上述步骤(2)中，机械搅拌时间2-40h，乳化剪切时间5-300min。
在上述步骤(4)中，处理温度为室温，球磨处理转速为100-600rpm，球磨时间为1-8h；砂磨处理转速为200-1200rpm，砂磨时间为0.5-5h。
在上述步骤5)、6)中，剪切温度为室温，搅拌时间为0.5-10h，乳化剪切时间为10-400min。
本发明通过一步原位剥离得到单层的石墨烯，并摒弃繁琐的导电粘结剂制备过程，一锅法分散得到导电网络复合粘结剂。首先利用粘结剂高分子的官能团对石墨边缘的改性，提高石墨的表面能同时降低水的表面张力，再将乙炔黑和石墨作为球磨/砂磨介质在水溶剂中进行研磨，通过氧化锆珠与膨胀石墨之间产生的强冲击力与剪切力使石墨烯纳米片不可逆剥离。研磨过程中加入的粘结性聚合物一方面起到协助石墨烯剥离的作用，另一方面将粘结剂预分散于导电碳材料中。微观上零维的乙炔黑颗粒与一维碳材料分离出单层或少层二维碳材料，再与聚合物复合，构建成点、线、面相互接触的导电三维网络，制备成导电粘结剂。
本发明的优点在于：
(1)该方法在常温常压下进行，流程简便，原材料价格低廉，节约成本；
(2)该方法使用了一种简便的机械球磨/砂磨途径，利用零维或一维碳即可剥离出单层或少层二维碳材料；
(3)该方法制备的导电粘结剂均为水性，对环境无污染；
(4)本发明制备的导电粘结剂简化了现用电极复杂的调浆工艺，且制备流程可操作性强、设备简单、产出效率高，可实现批量放大合成；
(5)本发明将零维、一维、二维碳材料通过合适的方式引入电极材料添加剂体系，在电极形成三维网络，能够解决高负载量极片粘附力低，甚至开裂、脱落等问题，大幅度提升了涂覆后的极片的机械强度；
(6)本发明适用于目前用于锂硫电池的各种粘结剂，具有很好的普适性。
附图说明
图1为发明的导电粘结剂中导电网络结构示意图。
图2为发明中制备的石墨烯导电浆料的扫描电镜图。
图3为导电粘结剂浆料实物图。
图4为导电粘结剂浆料的扫描电镜图。
图5为本发明实施例1与对比例1、对比例2制得的锂硫电池循环性能对比图。
图6为本发明实施例11制得的锂硫电池循环性能图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明进行具体描述。
实施例1：
(1)将5.04g羧甲基纤维素溶解于1675ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用乳化剪切60min将7g多壁碳纳米管粉末溶解于140g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将45g乙炔黑与15g膨胀石墨与400g固含量为15％的LA133水性粘结剂(丙烯腈多元共聚物)装入料罐中，再倒入1540g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在750rpm转速下机械砂磨1h，图2所示为制备出的石墨烯导电浆料的扫描电镜图；
(4)取步骤3得到的浆料400g，加入步骤2得到的碳纳米管分散液与1g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入53g固含量为15％的LA133水性粘结剂在1000rpm转速下机械搅拌处理6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物(即LA133水性粘结剂)＝1:1。图3所示为制备出的导电粘结剂浆料实物图，图4所示为导电粘结剂浆料的扫描电镜图；
(5)将1g科琴黑与4g升华硫研磨均匀后，155℃热熔处理12h。将80％的碳硫复合物与20％的水性复合导电粘结剂以10g去离子水均匀混合，机械球磨调浆，并将浆料涂覆于铝箔集流体上作为极片。将聚丙烯(PP)膜作为隔膜，LiTFSI作为电解液，金属锂片作为对电极。在氩气手套箱中组装成纽扣电池进行充放电循环测试，相关电池性能参见图5。
实施例2：
(1)将0.216g羧甲基纤维素溶解于72ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用机械搅拌4h将1.75g多壁碳管粉末溶解于35g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将2.25g乙炔黑与0.75g膨胀石墨与20g固含量为15％的LA133水性粘结剂装入球磨罐中，再倒入37g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；其中球磨所用到的氧化锆球磨珠小珠(直径为3mm)与大珠(直径为8mm)按照1:5的质量比混合；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.25g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入13g固含量为15％的LA133水性粘结剂在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
(5)将1g科琴黑与4g升华硫研磨均匀后，155℃热熔处理12h。将80％的碳硫复合物与20％的水性复合导电粘结剂以10g去离子水均匀混合，机械球磨调浆，并将浆料涂覆于铝箔集流体上作为极片。
将聚丙烯(PP)膜作为隔膜，LiTFSI作为电解液，金属锂片作为对电极。在氩气手套箱中组装成纽扣电池进行充放电循环测试。
实施例3：
(1)将0.156g羧甲基纤维素溶解于52ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用机械搅拌4h将0.75g多壁碳管粉末溶解于15g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将2.25g乙炔黑与0.75g膨胀石墨与20g固含量为15％的LA133水性粘结剂装入球磨罐中，再倒入37g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入5g固含量为15％的LA133水性粘结剂在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝3:1:1，导电碳材料:粘结性聚合物(LA133水性粘结剂)＝1:1。
实施例4：
(1)将0.147g聚乙烯吡咯烷酮溶解于49ml去离子水中搅拌配成溶液；
(2)利用机械搅拌4h将0.45g多壁碳管粉末与0.15g单壁碳纳米管粉末溶解于12g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将2.25g乙炔黑与0.75g膨胀石墨与20g固含量为15％的LA133水性粘结剂装入球磨罐中，再倒入37g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.15g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入5g固含量为15％的LA133水性粘结剂在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝3:1:1，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例5：
(1)将0.105g羧甲基纤维素溶解于35ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用机械搅拌4h将1.75g多壁碳管粉末溶解于35g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将2.25g乙炔黑与0.75g膨胀石墨与50g固含量为6％的羧甲基纤维素溶液装入球磨罐中，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.25g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入5g固含量为40％的丁苯橡胶(SBR)水性粘结剂在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例6:
(1)将0.186g羧甲基纤维素溶解于62ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用机械搅拌4h将1.75g多壁碳管粉末溶解于35g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将2.25g乙炔黑与0.75g膨胀石墨与30g固含量为10％的聚乙烯醇(PVA)装入球磨罐中，再倒入27g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.25g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入20g固含量为10％的聚乙烯醇(PVA)在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例7:
(1)将0.186g羧甲基纤维素溶解于62ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用机械搅拌4h将1.75g多壁碳管粉末溶解于35g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将2.25g乙炔黑与0.75g膨胀石墨与30g固含量为10％的聚丙烯酸(PAA)装入球磨罐中，再倒入27g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.25g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入20g固含量为10％的聚丙烯酸(PAA)在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例8:
(1)将0.072g羧甲基纤维素溶解于24ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用磁力搅拌4h将0.2g多壁碳管粉末溶解于4g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将0.75g乙炔黑与0.25g膨胀石墨与50g固含量为2％的黄原胶(XG)装入球磨罐中，再倒入20g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.05g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入12.5g固含量为2％的黄原胶(XG)在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝3:1:1，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例9:
(1)将0.072g羧甲基纤维素溶解于24ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用磁力搅拌4h将0.2g多壁碳管粉末溶解于4g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将0.75g乙炔黑与0.25g膨胀石墨与50g固含量为2％的瓜尔豆胶(GG)装入球磨罐中，再倒入20g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.05g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入12.5g固含量为2％的瓜尔豆胶(GG)在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝3:1:1，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例10:
(1)将0.072g羧甲基纤维素溶解于24ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)利用磁力搅拌4h将0.2g多壁碳管粉末溶解于4g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(3)在空气中，将0.75g乙炔黑与0.25g膨胀石墨与50g固含量为2％的海藻酸盐(Alg)装入球磨罐中，再倒入20g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(4)向步骤3得到的浆料中加入步骤2得到的碳纳米管分散液与0.05g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入12.5g固含量为2％的海藻酸盐(Alg)在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝3:1:1，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例11:
(1)将0.099g羧甲基纤维素溶解于33ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)将1.5g聚丙烯酸(PAA)粉末与1.5g黄原胶(XG)粉末混合均匀，并溶解于100mL去离子水中在45℃水浴下搅拌配成溶液。
(3)利用磁力搅拌4h将0.2g多壁碳管粉末溶解于4g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(4)在空气中，将0.75g乙炔黑与0.25g膨胀石墨与30g步骤2所制备的的粘结剂溶液装入球磨罐中，再倒入29g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(5)向步骤4得到的浆料中加入步骤3得到的碳纳米管分散液与0.05g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入12g步骤2所制备的的粘结剂溶液在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
(6)将1g科琴黑与4g升华硫研磨均匀后，155℃热熔处理12h。将80％的碳硫复合物与20％的水性复合导电粘结剂以10g去离子水均匀混合，机械球磨调浆，并将浆料涂覆于铝箔集流体上作为极片。将聚丙烯(PP)膜作为隔膜，LiTFSI作为电解液，金属锂片作为对电极。在氩气手套箱中组装成纽扣电池进行充放电循环测试，所得性能参见图6。
实施例12:
(1)将0.099g羧甲基纤维素溶解于33ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)将1g聚丙烯酸(PAA)粉末与2g黄原胶(XG)粉末混合均匀，并溶解于100mL去离子水中在45℃水浴下搅拌配成溶液；
(3)利用磁力搅拌4h将0.2g多壁碳管粉末溶解于4g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(4)在空气中，将0.75g乙炔黑与0.25g膨胀石墨与30g步骤2所制备的的粘结剂溶液装入球磨罐中，再倒入29g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(5)向步骤4得到的浆料中加入步骤3得到的碳纳米管分散液与0.05g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入12g步骤2所制备的的粘结剂溶液在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
实施例13:
(1)将0.099g羧甲基纤维素溶解于33ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)将2g聚丙烯酸(PAA)粉末与1g黄原胶(XG)粉末混合均匀，并溶解于100mL去离子水中在45℃水浴下搅拌配成溶液；
(3)利用磁力搅拌4h将0.2g多壁碳管粉末溶解于4g步骤1所制备的溶液，并用细胞破碎仪超声分散20min；
(4)在空气中，将0.75g乙炔黑与0.25g膨胀石墨与30g步骤2所制备的的粘结剂溶液装入球磨罐中，再倒入29g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h；
(5)向步骤4得到的浆料中加入步骤3得到的碳纳米管分散液与0.05g气相生长碳纤维，在800rpm转速下进行机械搅拌处理2h。最后加入12g步骤2所制备的的粘结剂溶液在1000rpm转速下机械搅拌6h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料质量比为：零维碳:一维碳:二维碳＝9:8:3，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
对比例1:
与实施例1相比，区别在只使用零维碳乙炔黑，不使用一维与二维碳材料，保持碳材料与高分子聚合物质量比不变。对电池进行充放电循环测试。
对比例2：
(1)将0.111g羧甲基纤维素溶解于37ml去离子水中在60℃水浴下搅拌配成溶液；
(2)在空气中，将2.25g乙炔黑与0.75g膨胀石墨与20g固含量为15％的LA133水性粘结剂装入球磨罐中，再倒入37g步骤1所制备的溶液作为溶剂，在350rpm转速下机械球磨4h，制得水性复合导电粘结剂。其中碳材料为零维碳与二维碳，质量比为：零维碳:二维碳＝3:1，导电碳材料:粘结性聚合物＝1:1。
(3)将1g科琴黑与4g升华硫研磨均匀后，155℃热熔处理12h。将80％的碳硫复合物与20％的水性复合导电粘结剂以10g去离子水均匀混合，机械球磨调浆，并将浆料涂覆于铝箔集流体上作为极片。
将聚丙烯(PP)膜作为隔膜，LiTFSI作为电解液，金属锂片作为对电极。在氩气手套箱中组装成纽扣电池进行充放电循环测试。
实施例1和对比例1、对比例2的测试结果见图5。
本发明开发了一种低成本、工艺简便的水性导电粘结剂制备方法。通过粘结性聚合物作为稳定剂，以乙炔黑和膨胀石墨或石墨粉在球磨处理下，通过“原位剥离法”一步剥离出单层或少层石墨烯并将导电碳材料与粘结性聚合物复合形成三维网络，制备出导电粘结剂。这种制备方法用于各种水性粘结剂体系均有良好的普适性。由此方法制得的硫正极的导电性和粘附力显著提高，电极中多硫化物的穿梭效应也得到良好的抑制，在商业化的铝箔集流体上可获得8mg·cm-2以上的硫载量，并可在循环测试中保持6mAh·cm-2的面容量。

Claims (9)

1.一种锂硫电池正极水性导电粘结剂在制备高硫负载正极中的应用，所述的高硫负载为商业化的铝箔集流体上8 mg•cm-2以上的硫载量，其特征在于，原料包括碳材料与粘结性聚合物，两者的质量比为0.9-1.1:0.9-1.1，其中，所述的碳材料包括零维碳、一维碳和二维碳，三者的质量比为零维碳：一维碳：二维碳=3-9:1-8:1-3；零维碳、一维碳、二维碳与粘结性聚合物复合，构建成点、线、面相互接触的导电三维网络；高硫负载正极的制备方法包括如下步骤：
1）将少量第一粘结性聚合物溶解于去离子水中配成溶液；
2）利用搅拌剪切分散将一维碳材料粉末溶解于部分步骤1）所制备的溶液，并超声分散，得到一维碳材料分散液；
3）将零维碳、二维碳材料与第二粘结性聚合物混合，再倒入步骤1）所制备的溶液的剩余部分；
4）利用机械研磨对混合物进行处理，处理方式包括球磨或砂磨；
5）将步骤4）得到的浆料倒出，加入步骤2）得到的一维碳材料分散液，进行搅拌剪切分散处理；
6）在步骤5）得到的浆料中继续加入粘结性聚合物，再向浆料中加入去离子水，继续搅拌剪切，得到所述导电粘结剂；
7）将科琴黑与升华硫研磨均匀后，热熔处理；将碳硫复合物与所述水性导电粘结剂以去离子水均匀混合，机械球磨调浆，并将浆料涂覆于铝箔集流体上作为极片。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，导电粘结剂的溶剂为水，碳材料与粘结性聚合物分散在水中形成的粘稠分散液，粘稠分散液的粘度为500-20000 mPa·s；固含量为1-20%。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，粘稠分散液的粘度为1000-7000 mPa·s；固含量为2-10%。
4.如权利要求1至3任一项所述的应用，其特征在于，粘结性聚合物为羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚氨酯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸盐、黄原胶、瓜尔豆胶、阿拉伯胶、明胶、卡拉胶、壳聚糖、LA133水性粘结剂中的至少一种。
5.如权利要求1至3任一项所述的应用，其特征在于，一维碳为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、气相生长碳纤维中的一种或几种，长径比为100-8000；二维碳材料为天然石墨粉、膨胀石墨中的至少一种，其中膨胀石墨目数为10-5000；零维碳包括乙炔黑、科琴黑中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤1）中的溶液，聚合物的浓度为1-50g/L。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤2）的搅拌剪切时间为30-90 min；超声时间为10-30 min,超声频率范围为5-30 KHz。
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤4）球磨为，直径为2-4 mm球磨小珠与直径为7-9 mm的球磨大珠按照1:1-10的质量比混合。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，步骤4），球磨处理转速为100-600 rpm，球磨时间为1-8 h；砂磨处理转速为200-1200 rpm，砂磨时间为0.5-5 h。
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