CN113363481A - 一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113363481A
CN113363481A CN202110446920.6A CN202110446920A CN113363481A CN 113363481 A CN113363481 A CN 113363481A CN 202110446920 A CN202110446920 A CN 202110446920A CN 113363481 A CN113363481 A CN 113363481A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sericin
phytic acid
lithium
composite binder
crosslinked
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110446920.6A
Other languages
English (en)
Inventor
吴曙星
林展
邱钧城
杨雅君
肖华艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202110446920.6A priority Critical patent/CN113363481A/zh
Publication of CN113363481A publication Critical patent/CN113363481A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明属于锂硫电池领域，公开一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用。所述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂包括丝胶蛋白、植酸和水；所述丝胶蛋白质量的质量分数为复合粘结剂总量的1～5wt％，所述植酸的质量分数为复合粘结剂总量的0.1～1wt％。该粘结剂含有三维网络结构，具有良好的机械性能，能够很好地缓解电极在充放电过程中的体积膨胀。该粘结剂还含有丰富的氨基、羟基，不仅有助于锂离子的迁移，还能够吸附硫正极产生的多硫化物，从而很好地抑制穿梭效应，改善电池循环性能。

Description

一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备 方法和应用
技术领域
本发明属于锂硫电池技术领域，更具体地，涉及一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用。
背景技术
锂硫电池由于其高理论容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg)以及成本低、无污染、储量丰富等优点，被认为是极具潜力的下一代高能量电池体系。但是，锂硫电池在实际应用中仍有一些关键问题需要克服，一是单质硫电导率低、硫利用率低；二是硫颗粒在充放电过程中体积变化较大，可能导致电极结构的破坏；三是还原S8或氧化Li2S时生成的中间多硫化物Li2Sx(2<x≤8)的溶解，这些可溶于电解液的多硫化物可以在正极和负极之间自由迁移，导致所谓的多硫化物穿梭效应，造成不可逆的硫损失和库仑效率的降低。
为了解决上述问题，常规的策略是将硫嵌入各种形态的导电碳材料中，包括微/中孔碳、多孔碳、碳纤维布和功能化石墨烯等。此外，也有不少对锂硫电池电解液、隔膜以及其他结构部分的研究。然而，很少有人注意到电池中的非活性成分，如粘结剂。电池制备技术中理想的粘结剂应具有成本低、电阻低、粘结性能好、在电解液中具有较高的物理和电化学稳定性等优点。此外，如果粘结剂能够与多硫化物之间产生吸附作用，同时抑制电极在循环过程中的体积变化，保持电极结构的完整性，将更加适用于硫正极。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，该复合粘结剂可解决锂硫电池存在的穿梭效应、体积膨胀、导电性能不佳等问题。
本发明的另一目的在于提供上述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，所述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂包括丝胶蛋白、植酸和水；所述丝胶蛋白质量的质量分数为复合粘结剂总量的1～5wt％，所述植酸的质量分数为复合粘结剂总量的0.1～1wt％。
优选地，所述丝胶蛋白的分子量为1,4000～31,4000Da。
优选地，所述植酸和水形成溶液后的浓度为40～60wt％。
优选地，所述丝胶蛋白和植酸的质量比为(9～19):1。
所述的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.将丝胶蛋白加入水中搅拌均匀形成淡黄色透明溶液；
S2.将植酸加入上述溶液中继续搅拌使其溶解均匀，制得丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂。
所述的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂在锂硫电池中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明将丝胶蛋白与植酸交联得到的复合粘结剂具有三维网络结构。该三维网络结构使其具有良好的机械性能，能够应对充放电过程中电极所发生的体积膨胀，并抑制穿梭效应，从而改善电池循环性能。
2.本发明粘结剂含有丰富的氨基、羟基不仅有助于锂离子的迁移，还能够吸附硫正极产生的多硫化物，从而很好地抑制穿梭效应，以水为溶剂，使该粘结剂具有无毒、环保、成本低的特点。
附图说明
图1为实施例1所制的锂硫电池极片的SEM照片。
图2为应用例1制备的锂硫电池的循环性能图。
图3为应用例1与对比例1、2制备的锂硫电池循环性能对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂包括丝胶蛋白、植酸和去离子水。其中，所述丝胶蛋白(分子量为1,4000～31,4000Da)是天然的多肽类物质，由甘氨酸、丝氨酸等多种氨基酸组成，内含丰富的羟基、羧基和氨基。
丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的制备：在搅拌条件下，将丝胶蛋白分散于去离子水中，待丝胶蛋白完全溶解后，加入50wt％的植酸水溶液，继续搅拌使植酸分散均匀，得到丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂。
将上述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂用于锂硫电池极片，所述锂硫电池极片包含正极活性物质(CNT-S)、导电剂和丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂。将正极活性物质(CNT-S)、导电剂(Super P)、丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂混合并搅拌均匀后，涂覆于涂炭铝箔上，真空干燥并切片后制备锂硫电池极片。图1为实施例1所制的锂硫电池极片的SEM照片。从图1中可知，使用本发明所述粘结剂制得的锂硫电池极片表面较为光滑、平整。
应用例1
1.选用碳纳米管(CNT，5～15nm)作为封硫(S)材料，按CNT和S质量比7:3混合并研磨30min，随后加入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中155℃保温12h，得到电极活性物质CNT-70S。
2.将丝胶蛋白加入去离子水中搅拌均匀，形成浓度为19mg/mL的淡黄色透明溶液；再加入植酸继续搅拌使其溶解均匀，得到丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，其中，丝胶蛋白与植酸的质量比为19:1。
3.将活性物质CNT-70S，Super P和丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂按质量比7:2:1混合均匀后即得电极浆料。用刮涂法将该电极浆料均匀涂覆于涂炭铝箔集流体上，真空干燥12h后裁为直径14mm的圆形极片，即得锂硫电池正极极片。
4.在手套箱中进行电池的装配，依次为正极电池壳、锂硫电池正极极片、电解液、隔膜(聚烯烃类)、电解液、锂片、负极电池壳，之后用电池封口机对电池进行封装，制得锂硫电池。其中，电解液的溶质为1mol/LLiTFSI，溶剂为体积比1:1的1，3-环氧二戊烷(DOL)和四甘醇二甲醚(DME)，添加剂为1wt％LiNO3。
图2为应用例1制备的锂硫电池的循环性能图。从图2可知，当倍率为0.2C时，锂硫电池的首圈放电容量为1150mAh/g，循环100圈后放电容量为807mAh/g，说明该电极表现出优异的首圈放电容量和循环稳定性。图3为应用例1与对比例1、2制备的锂硫电池循环性能对比图。从图3可知，应用例1制备的锂硫电池具有更好的循环稳定性和更高的放电容量。
对比例1
1.选用碳纳米管(CNT，5～15nm)作为封硫(S)材料，按CNT和S质量比7:3混合并研磨30min，随后加入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中155℃保温12h，得到电极活性物质CNT-70S。
2.将丝胶蛋白加入去离子水中搅拌均匀，形成浓度为20mg/mL的淡黄色透明溶液，即为丝胶蛋白粘结剂。
3.将活性物质CNT-70S，Super P和步骤2得到的丝胶蛋白粘结剂按质量比7:2:1混合均匀后即得电极浆料。用刮涂法将电极浆料均匀涂覆于涂炭铝箔集流体上，真空干燥12h后裁为直径14mm的圆形极片，即得锂硫电池极片。
4.在手套箱中进行扣式电池的装配，依次为正极电池壳、极片、电解液、隔膜(聚烯烃类)、电解液、锂片、负极电池壳，之后用电池封口机对电池进行封装，制得锂硫电池。其中，电解液的溶质为1mol/LLiTFSI，溶剂为体积比1:1的1，3-环氧二戊烷(DOL)和四甘醇二甲醚(DME)，添加剂为1wt％LiNO3。
对比例2
1.选用碳纳米管(CNT，5～15nm)作为封硫(S)材料，按CNT和S质量比7:3混合并研磨30min，随后加入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中155℃保温12h，得到电极活性物质CNT-70S。
2.将油性粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，配置成20mg/mL的溶液，即为PVDF油性粘结剂。
3.将活性物质CNT-70S，Super P和步骤2得到的PVDF油性粘结剂按质量比7:2:1混合均匀后即得电极浆料。用刮涂法将电极浆料均匀涂覆于涂炭铝箔集流体上，真空干燥12h后裁为直径14mm的圆形极片，即得锂硫电池极片。
4.在手套箱中进行电池的装配，依次为正极电池壳、极片、电解液、隔膜(聚烯烃类)、电解液、锂片、负极电池壳，之后用电池封口机对电池进行封装，制得锂硫电池。其中，电解液的溶质为1mol/LLiTFSI，溶剂为体积比1:1的1，3-环氧二戊烷(DOL)和四甘醇二甲醚(DME)，添加剂为1wt％LiNO3。
将应用例1，对比例1、2所组装的扣式电池于28℃下静置8h后即可对其进行电化学性能测试。测试条件为：电流密度0.2C，电压窗口1.7～2.8V。通过测试结果可知，本发明的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂有利于维持电极结构的完整性并改善其循环稳定性。通过氨基、羟基等极性基团对多硫化物的吸附作用，可有效抑制穿梭效应，从而提高锂硫电池的电化学性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，其特征在于，所述丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂包括丝胶蛋白、植酸和水；所述丝胶蛋白质量的质量分数为复合粘结剂总量的1～5wt％，所述植酸的质量分数为复合粘结剂总量的0.1～1wt％。
2.根据权利要求1所述的用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，其特征在于，所述丝胶蛋白的分子量为1,4000～31,4000Da。
3.根据权利要求1所述的用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，其特征在于，所述植酸和水形成溶液后的浓度为40～60wt％。
4.根据权利要求1所述的用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂，其特征在于，所述丝胶蛋白和植酸的质量比为(9～19):1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将丝胶蛋白加入水中搅拌均匀形成淡黄色透明溶液；
S2.将植酸加入上述溶液中继续搅拌使其溶解均匀，制得丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂。
6.权利要求1～4任一项所述的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂在锂硫电池中的应用。
CN202110446920.6A 2021-04-25 2021-04-25 一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用 Pending CN113363481A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110446920.6A CN113363481A (zh) 2021-04-25 2021-04-25 一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110446920.6A CN113363481A (zh) 2021-04-25 2021-04-25 一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113363481A true CN113363481A (zh) 2021-09-07

Family

ID=77525443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110446920.6A Pending CN113363481A (zh) 2021-04-25 2021-04-25 一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113363481A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103342974A (zh) * 2013-07-05 2013-10-09 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种仿贻贝蛋白环保型锂离子电池粘合剂
CN111682211A (zh) * 2020-05-29 2020-09-18 华南理工大学 一种大豆蛋白基双交联自愈合超分子硫正极水性粘结剂及其制备方法与应用
CN111697231A (zh) * 2020-05-20 2020-09-22 华南理工大学 一种天然水性硫正极粘结剂及其制备方法与制备锂硫电池硫正极中的应用
CN111740075A (zh) * 2020-06-16 2020-10-02 南方科技大学 基于碳化蚕丝织物的柔性电极和柔性电池
CN111961438A (zh) * 2020-08-26 2020-11-20 华南农业大学 静电结合型水性粘结剂及其在锂离子电池中的应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103342974A (zh) * 2013-07-05 2013-10-09 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种仿贻贝蛋白环保型锂离子电池粘合剂
CN111697231A (zh) * 2020-05-20 2020-09-22 华南理工大学 一种天然水性硫正极粘结剂及其制备方法与制备锂硫电池硫正极中的应用
CN111682211A (zh) * 2020-05-29 2020-09-18 华南理工大学 一种大豆蛋白基双交联自愈合超分子硫正极水性粘结剂及其制备方法与应用
CN111740075A (zh) * 2020-06-16 2020-10-02 南方科技大学 基于碳化蚕丝织物的柔性电极和柔性电池
CN111961438A (zh) * 2020-08-26 2020-11-20 华南农业大学 静电结合型水性粘结剂及其在锂离子电池中的应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109103399B (zh) 一种锂硫电池用功能性隔膜及其制备方法和在锂硫电池中的应用
CN109004173B (zh) 一种锂硫电池正极及其制造方法
CN106252659A (zh) 柔性一体化薄膜锂硫或锂离子电池电芯、电池及制备方法
CN109704302B (zh) 一种磷掺杂多孔碳材料及其制备和在锂硫电池用涂层隔膜中的应用
CN108807808B (zh) 一种生物质炭气凝胶改性锂硫电池隔膜的制备方法
CN104183820B (zh) 一种锂硫电池正极用膜材料
CN111540868A (zh) 一种二维二氧化锰修饰聚丙烯隔膜的制备方法和应用
CN114751393A (zh) 一种氮硫共掺杂多孔碳/硫复合材料及其制备方法和应用
CN111697231B (zh) 一种天然水性硫正极粘结剂及其制备方法与制备锂硫电池硫正极中的应用
CN104900902A (zh) 一种高性能锂硫电池
CN109103492B (zh) 一种羟基磷灰石纳米线-碳纳米管膜及其制备方法和锂硫电池
CN113363482B (zh) 一种用于锂离子电池硅基负极的复合粘结剂及其制备方法和应用
CN112599754B (zh) 一种锂硫电池用聚合物改性复合正极及其制备方法
CN113363481A (zh) 一种用于锂硫电池的丝胶蛋白交联植酸复合粘结剂及其制备方法和应用
CN108091927A (zh) 一种高安全、长循环寿命的锂离子电池及其制备方法
Liu et al. Preparation and performance of SPEI/PEI blending separator for enhanced lithium-sulfur battery
CN110571421B (zh) 一种碳硫复合材料及其制备方法和用途
CN113793980A (zh) 一种可充电有机钙离子电池及其制备方法
CN113113612A (zh) 一种阳离子基团碳布集流体及其制备方法
CN112436101A (zh) 一种锂硫电池用柔性多孔材料的制备方法
US11228053B2 (en) Pouch cell battery including an ion exchange membrane
CN116864654B (zh) 一种用于水系锌电池的介孔碳限域醚类有机正极活性材料及其制备方法和应用
CN114927645B (zh) 一种锂硫电池正极的制备方法
CN114792866A (zh) 一种锂离子电池隔膜及其制备方法
CN118619235A (zh) 一种磷酸钒钠正极材料的制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210907

RJ01 Rejection of invention patent application after publication