WO2016090867A1 - 一类磺化聚合物作为粘结剂应用于锂电池电极 - Google Patents

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Abstract

一类磺化聚合物作为粘结剂应用于锂电池电极及相应方法制备的锂电池电极，将磺化聚合物作为制备锂电池电极的电极浆料中的粘结剂使用。将得到的锂电池电极用于组装锂电池，锂电池具有较长的充放电循环寿命，并能够在很高的电流密度下稳定工作。带有磺酸基团的磺化聚合物具有对锂离子的优异的传导能力，使得锂离子能够在电极活性材料和电解液之间快速来回传输，从而得到能够在快速充放电条件下稳定运行的锂电池。磺化聚合物作为粘结剂有足够的附着力和粘结强度，将电极活性材料和导电介质粘结在集流体上，不易开裂、掉粉，使锂电池有足够的容量和循环性能，以及优异的倍率性能。

Description

发明名称：一类磺化聚合物作为粘结剂应用于锂电池电极 技术领域
[0001] 本发明涉及锂电池电极浆料， 特别涉及磺化聚合物在锂电池电极的电极浆料的 制备过程中作为粘结剂的应用， 以及使用该磺化聚合物粘结剂的锂电池电极。 背景技术
[0002] 随着化石能源的逐渐消耗， 新型可再生能源的幵发和有效利用成为人类的重要 课题。 近年来， 智能电网， 纯电动汽车以及混合动力汽车等设施的普及和推广 的脚步不断加大， 使得相应的能够与之相匹配的能量储存设备的研究与幵发成 为亟需攻克的技术难题之一。 锂电池作为能量密度高、 循环性能良好、 电压高 等优点， 成为目前最佳的储能方案。 目前， 锂电池在小到智能手表、 智能手机 以及笔记本电脑， 大到新能源动力汽车， 都有广泛的应用， 这依赖于其高的能 量密度以及良好的工作稳定性。
[0003] 一般锂电池电极在制备的过程中包括混合于有机溶剂中形成电极浆料的电极活 性材料、 导电介质以及粘结剂， 此电极浆料涂覆于集流体上， 烘干。 粘结剂起 到的作用是将电极活性材料与导电介质粘结在一起， 并且将它们粘附在集流体 上， 从而得到具备良好电子导通网络的电极。 目前， 人们对于锂电池的研究， 大多集中在电极活性材料， 电解液和隔膜等方面， 粘结剂的研究相对较少。 然 而， 尽管粘结剂在整个电极上所占的比例较少， 但其发挥的作用却非常大， 常 常在很大程度上影响电池的循环性能。
[0004] 聚偏氟乙烯 （PVDF) 是目前应用最为广泛的粘结剂， 通过在 N-甲基吡咯烷酮 溶剂中的溶解， 起到将电极活性材料粘合在集流体上的作用。 然而， PVDF由于 其对电子和锂离子的电阻性， 一方面起到粘结电极活性材料使得电导网络完整 ； 但另一方面， 其弱的导电性又在一定程度上阻碍了电极活性材料和导电介质 以及集流体之间的电导， 因为均匀分散的粘结剂会存在于电极活性材料和导电 介质之间， 集流体上， 以及包覆在它们的表面。 因此， 幵发新型的能够增强电 极导电性的粘结剂， 能够使得电池有更好的循环性能和倍率特性， 是科研人员 亟待解决的问题。
技术问题
[0005] 本发明的目的在于提供一种可显著改善锂电池性能的制备锂电池电极的方法， 其中一系列带有磺酸基团的磺化聚合物在锂电池电极的电极浆料的制备过程中 作为粘结剂的应用， 以极大程度地提高锂电池的循环性能以及倍率特性。
问题的解决方案
技术解决方案
[0006] 本发明通过以下技术方案实现。
[0007] 一种制备锂电池电极的方法， 包括以下步骤：
[0008] 将电极活性材料、 粘接剂和导电介质混合后分散在溶剂中得到电极浆料； [0009] 将所述电极浆料涂覆于集流体上；
[0010] 加热烘干， 得到锂电池电极；
[0011] 其特征在于， 所述的电极浆料中的粘结剂为磺化聚合物。
[0012] 优选地， 所述的电极活性材料、 磺化聚合物和导电介质的混合是按照电极活性 材料： 磺化聚合物： 导电介质的质量比为 40 ~ 98 : 30 - 1： 30 ~ 1混合。
[0013] 优选地， 所述的溶剂的用量为电极活性材料、 磺化聚合物以及导电介质三者总 重量的 1~50倍。
[0014] 优选地， 所述的电极活性材料包括正极材料和负极材料， 分别选自 0>0 2等 层状材料、 LiNi 1/3Mn 1/3Co 1/30 2等三元复合材料、 LiMn 20 4
等尖晶石材料、 LiFePO ^橄榄石结构、 蒽醌等有机分子、 S、 Li 2S、 0 2 、 Si、 Sn、 石墨， ？^ 2等金属硫化物， CuO等金属氧化物中的一种。
[0015] 优选地， 所述的磺化聚合物是磺化度大于 2 %的磺化聚合物。
[0016] 优选地， 所述的磺化聚合物选自磺化聚苯乙烯、 磺化聚苯乙炔、 磺化聚乙烯醇 、 磺化聚碳酸酯、 磺化聚芳烃、 磺化聚醚砜、 磺化聚芳醚砜、 磺化联苯聚醚醚 砜、 磺化聚砜、 磺化聚苯并咪 （噻） 唑、 磺化聚芳醚、 磺化聚苯醚、 磺化聚苯 胺、 磺化聚芳醚酮、 磺化聚芳醚腈酮、 磺化聚芳醚腈酮砜、 磺化聚芳醚腈酮酮 、 磺化聚芳醚酮砜、 磺化聚芳醚酮酮砜、 磺化聚苯胺、 磺化聚醚酮、 磺化聚醚 酮酮、 磺化聚醚醚酮、 磺化聚醚醚酮酮、 磺化聚酰亚胺中的一种或其任意组合 [0017] 优选地， 所述的导电介质选自导电石墨、 炭黑、 乙炔黑、 碳纳米棒、 碳纳米管 中的一种或其任意组合。
[0018] 优选地， 所述的溶剂选自 N-甲基吡咯烷酮、 Ν, Ν-二甲基甲酰胺、 Ν, Ν-二甲基 乙酰胺， 二甲基亚砜、 乙醇、 丙酮、 异丙醇以及水中的一种。
[0019] 优选地， 所述的集流体选自铜箔、 铝箔、 包覆碳的铜箔、 包覆碳的铝箔、 镍网
、 铜网、 铝网、 不锈钢网、 泡沫镍、 碳布中的一种。
[0020] 本发明还提供了一种根据以上技术方案中任一项所述的方法制备的锂电池电极 发明的有益效果
有益效果
[0021] 本发明中的磺化聚合物在应用于电极浆料的制备过程中作为粘结剂使用所得到 的锂电池电极用于组装锂电池， 能够极大程度地提高锂电池的循环性能以及倍 率特性。
[0022] 本发明涉及可显著改善锂电池性能的带有磺酸基团的磺化聚合物， 带有磺酸基 团的磺化聚合物具有对锂离子的优异的传导能力， 使得锂离子能够在电极活性 材料和电解液之间快速来回传输， 从而得到能够在快速充放电条件下稳定运行 的锂电池。 磺化聚合物作为粘结剂有足够的附着力和粘结强度， 将电极活性材 料和导电介质粘结在集流体上， 不易幵裂、 掉粉， 使锂电池有足够的容量和循 环性能； 并且由于磺化聚合物上的磺酸根具有良好的离子导通能力， 相对于传 统的聚偏氟乙烯粘结剂， 使用磺化聚合物作为粘结剂得到的锂电池的倍率性能 有极大的提高。 将所述的磺化聚合物作为粘结剂材料应用于制备锂电池电极的 电极浆料中， 得到的锂电池电极用于组装锂电池， 锂电池具有较长的充放电循 环寿命， 并能够在很高的电流密度下稳定工作。
对附图的简要说明
附图说明
[0023] 图 1.本发明实施例 1的磺化聚醚醚酮的液体 Ή-NMR图谱。
[0024] 图 2.本发明实施例 1的锂硫电池利用不同粘结剂所制备得到的电极的放电循环曲 线。
[0025] 图 3.本发明实施例 5的蒽醌在 0.5 A/g电流密度下电池循环性能。
本发明的实施方式
[0026] 下面通过具体实施例的方式对本发明做进一步的详述， 但不应理解为是对本发 明保护范围的限制， 凡基于上述技术思想， 利用本领域普通技术知识和惯用手 段所做的修改、 替换、 变更均属于本发明的范围。
[0027] 实施例 1
[0028] 步骤 1 : 制备磺化聚醚醚酮
[0029] 取 2g聚醚醚酮溶解于 60 mL硫酸 （质量浓度为 95<¾~98<¾) 中， 40°C水浴加热， 剧烈搅拌反应 20小吋， 然后将溶液倒入水中， 抽滤， 水洗至中性； 烘箱加热干 燥， 得到固体产物， 为磺化度 75%的磺化聚醚醚酮。 见图 1磺化度 75%的磺化聚 醚醚酮的 Ή-NMR图谱。 通过该谱图， 以及结合磺化聚醚醚酮分子中不同化学环 境的氢原子个数， 可以计算得到磺化度为 75%， 即 75%的重复单元上连有磺酸基 团。
[0030] 制备磺化聚醚醚酮的合成反应方程式
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[0031] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0032] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 将硫与介孔碳以质量比 3:1混合， 于密闭容 器中 155°C加热 24小吋， 得到活性材料， 以炭黑为导电介质， 将步骤 1得到的磺化 聚合物磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 按照活性材料： 炭黑： 磺化聚醚醚酮三者的 质量比例为 90: 5： 5混合均匀后分散在 N-甲基吡咯烷酮溶剂中得到电极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为锂电池正极使用 的硫正极。
[0033] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚醚 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。 [0034] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0035] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 在 5 A/g电流密度以 上， 以 PVDF作为粘结剂的硫正极基本上不能够运行， 几乎没有容量； 而以步骤 2-1的磺化聚醚醚酮作为粘结剂的硫正极则能够在 25 A/g的极高电流密度下稳定 运行。 见图 2锂硫电池在 25 A/g电流密度下的循环性能。 PVDF作为传统粘结剂， 使得电池在 5 A/g的电流密度下， 电池首圈放电容量 430 mAh/g,第二圈即降为 70 mAh/g。 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 在 25 A/g的高电流密度下， 电池容量维持 在 900 mAh/g。 无论是电池的容量， 还是倍率性能， 磺化聚醚醚酮对于传统粘结 剂 PVDF都有很大的优势。
[0036] 实施例 2
[0037] 步骤 1 : 制备磺化聚醚醚酮
[0038] 取 2g聚醚醚酮溶解于 60 mL硫酸 （质量浓度为 95<¾~98<¾) 中， 40°C水浴加热， 剧烈搅拌反应 5小吋， 然后将溶液倒入水中， 抽滤， 水洗至中性； 烘箱加热干燥 ， 得到固体产物， 为磺化度 56%的磺化聚醚醚酮。
[0039] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0040] 同实施例 1中的步骤 2。
[0041] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0042] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 以 PVDF作为粘结剂 的电极的电池， 在 5 A/g的电流密度下不能够运行。 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂 的电极的电池， 在 15 A/g电流密度下能够稳定运行， 容量为 900 mA h /g。
[0043] 实施例 3
[0044] 步骤 1 : 制备磺化聚醚醚酮
[0045] 同实施例 1中的步骤 1。
[0046] 步骤 2: 制备锂电池电极 [0047] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 将硫与介孔碳以质量比 3:1混合， 于密闭容 器中 155°C加热 24小吋， 得到活性材料， 以导电石墨为导电介质， 将步骤 1得到的 磺化聚合物磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 按照活性材料： 导电石墨： 磺化聚醚醚 酮三者的质量比例为 90: 5： 5混合均匀后分散在 N-甲基吡咯烷酮溶剂中得到电 极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为锂电池 正电极使用的硫正极。
[0048] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚醚 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极；
[0049] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0050] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 以 PVDF作为粘结剂 的电极的电池， 在 5 A/g的电流密度下不能够运行。 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂 的电极的电池， 在 25 A/g电流密度下能够稳定运行， 容量为 900 mA h /g.
[0051] 实施例 4
[0052] 步骤 1 : 制备磺化聚醚醚酮
[0053] 同实施例 1中的步骤 1。
[0054] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0055] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 将硫与介孔碳以质量比 3:1混合， 于密闭容 器中 155°C加热 24小吋， 得到活性材料， 以炭黑为导电介质， 将步骤 1得到的磺化 聚合物磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 按照活性材料： 炭黑： 磺化聚醚醚酮三者的 质量比例为 80: 10： 10混合均匀后分散在异丙醇溶剂中得到电极浆料， 将该电 极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为锂电池正电极使用的硫 正极。
[0056] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚醚 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0057] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0058] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 以 PVDF作为粘结剂 的电极的电池， 在 5 A/g的电流密度下不能够运行。 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂 的电极的电池， 在 30 A/g电流密度下能够稳定运行， 容量为 800 mA h /g。
[0059] 实施例 5
[0060] 步骤 1 : 制备磺化聚醚醚酮
[0061] 同实施例 1中的步骤 1。
[0062] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0063] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 以蒽醌作为活性材料， 以炭黑为导电介质 ， 将步骤 1得到的磺化聚合物磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 按照蒽醌： 炭黑： 磺化 聚醚醚酮三者的质量比例为 75: 15： 10混合均匀后分散在异丙醇溶剂中得到电 极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为锂电池 正电极使用的硫正极。
[0064] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚醚 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0065] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0066] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 在 0.5 A/g的电流密 度下， 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂的电极的电池， 首圈放电容量 210 mAh/g， 为 以 PVDF作为粘结剂的两倍。 第 10个循环， 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 放电容 量为 200 mAh/g， 而以 PVDF作为粘结剂， 容量降到 40 mAh/g。 见图 3以蒽醌作为 电极材料的电池循环曲线。 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂的电极的电池， 首圈放 电容量 210 mAh/g， 为以 PVDF作为粘结剂的两倍。 第 10个循环， 以磺化聚醚醚 酮作为粘结剂， 放电容量为 200 mAh/g， 而以 PVDF作为粘结剂， 容量降到 40 mAh/g°
[0067] 实施例 6
[0068] 步骤 1 : 制备磺化聚醚醚酮 [0069] 同实施例 1中的步骤 1。
[0070] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0071] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 以蒽醌作为活性材料， 以碳纳米管为导电 介质， 将步骤 1得到的磺化聚合物磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 按照蒽醌： 碳纳米 管： 磺化聚醚醚酮三者的质量比例为 75: 15： 10混合均匀后分散在异丙醇溶剂 中得到电极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作 为锂电池正电极使用的硫正极。
[0072] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚醚 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0073] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0074] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 在 0.5 A/g的电流密 度下， 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂的电极的电池， 首圈放电容量 220 mA/g, 第 10个循环放电容量为 210 mA h/g。
[0075] 实施例 7
[0076] 步骤 1 : 制备磺化聚醚醚酮
[0077] 同实施例 1中的步骤 1。
[0078] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0079] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 以蒽醌作为活性材料， 以碳纳米管为导电 介质， 将步骤 1得到的磺化聚合物磺化聚醚醚酮作为粘结剂， 按照蒽醌： 碳纳米 管： 磺化聚醚醚酮三者的质量比例为 70: 20： 10混合均匀后分散在异丙醇溶剂 中得到电极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作 为锂电池正电极使用的硫正极。
[0080] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚醚 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0081] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0082] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 在 0.5 A/g的电流密 度下， 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂的电极的电池， 首圈放电容量 230
mAh/g, 第 10个循环放电容量为 220 mA h/g。
[0083] 实施例 8
[0084] 步骤 1 : 制备磺化聚醚砜
[0085] 在装有分水器、 搅拌器、 冷凝管和氮气通口的三口瓶中以此加入 4,4'-二氯二苯 砜 （3 mmol) 、 磺化 4,4'-二氯二苯砜（2 mmol)和联苯二酚 （BP) (5 mmol) ， 以 K 2C0 3为催化剂， 甲苯为带水剂， 环丁砜为溶剂， 140 °C回流 3h， 200 °C反 应 16 h， 得到磺化度为 80%的磺化聚醚砜。
[0086] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0087] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 将硫与介孔碳以质量比 3:1混合， 于密闭容 器中 155°C加热 24小吋， 得到活性材料， 以炭黑为导电介质， 将步骤 1得到的磺化 聚醚砜作为粘结剂， 按照活性材料： 炭黑： 磺化聚醚砜三者的质量比例为 90: 5 ： 5混合均匀后分散在异丙醇溶剂中得到电极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上 ， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为锂电池正电极使用的硫正极。
[0088] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚砜 改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0089] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0090] 以步骤 2-1得到磺化聚醚砜作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用于 组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用于 组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 以 PVDF作为粘结剂的 电极的电池， 在 5 A/g的电流密度下不能够运行。 以磺化聚醚砜作为粘结剂的电 极的电池， 在 18 A/g电流密度下能够稳定运行， 容量为 900 mA h /g。
[0091] 实施例 9
[0092] 步骤 1 : 制备磺化聚醚砜
[0093] 同实施例 8中的步骤 1。
[0094] 步骤 2: 制备锂电池电极 [0095] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 将硫与介孔碳以质量比 3:1混合， 于密闭容 器中 155°C加热 24小吋， 得到活性材料， 以导电石墨为导电介质， 将步骤 1得到的 磺化聚醚砜作为粘结剂， 按照活性材料： 导电石墨： 磺化聚醚砜三者的质量比 例为 90: 5： 5混合均匀后分散在异丙醇溶剂中得到电极浆料， 将该电极浆料涂 覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为锂电池正电极使用的硫正极。
[0096] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚砜 改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0097] 步骤 3: 电池性能测试比较铰
[0098] 以步骤 2-1得到磺化聚醚醚酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 以 PVDF作为粘结剂 的电极的电池， 在 5 A/g的电流密度下不能够运行。 以磺化聚醚醚酮作为粘结剂 的电极的电池， 在 16 A/g电流密度下能够稳定运行， 容量为 900 mA h /g。
[0099] 实施例 10
[0100] 步骤 1 : 制备磺化聚醚砜
[0101] 同实施例 8中的步骤 1。
[0102] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0103] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 以有机分子蒽醌作为活性物质， 以导电石 墨为导电介质， 将步骤 1得到的磺化聚醚砜作为粘结剂， 按照活性材料： 导电石 墨： 磺化聚醚砜三者的质量比例为 80: 10： 10混合均匀后分散在异丙醇溶剂中 得到电极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为 锂电池正电极使用的硫正极。
[0104] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚砜 改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0105] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0106] 以步骤 2-1得到磺化聚醚砜作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用于 组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用于 组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 在 1 A/g的电流密度下 。 以磺化聚醚砜作为粘结剂的电极的电池， 首圈放电容量 210 m Ah/g， 第 10个循 环， 以磺化聚醚砜作为粘结剂， 放电容量为 190 m Ah/g。
[0107] 实施例 11
[0108] 步骤 1 : 制备磺化聚醚酮酮
[0109] 取 2g聚醚酮酮， 溶于硫酸 （质量分数 95<¾-98<¾) ， 30 °C水浴加热 6h。 将得到 的产物用大量水洗涤， 抽滤， 直至变为中性。 100。。干燥12 1， 即得到产物磺化 聚醚酮酮。
[0110] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0111] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 将硫与介孔碳以质量比 3:1混合， 于密闭容 器中 155°C加热 24小吋， 得到活性材料， 以炭黑为导电介质， 将步骤 1得到的磺化 聚合物磺化聚醚酮酮作为粘结剂， 按照活性材料： 炭黑： 磺化聚醚醚酮三者的 质量比例为 90: 5： 5混合均匀后分散在异丙醇溶剂中得到电极浆料， 将该电极 浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作为锂电池正电极使用的硫正 极。
[0112] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚醚 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0113] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0114] 以步骤 2-1得到磺化聚醚酮酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 以 PVDF作为粘结剂 的电极的电池， 在 5 A/g的电流密度下不能够运行。 以磺化聚醚酮酮作为粘结剂 的电极的电池， 在 10 A/g电流密度下能够稳定运行， 容量为 900 mA h /g。
[0115] 实施例 12
[0116] 步骤 1 : 制备磺化聚醚酮酮
[0117] 同实施例 11中的步骤 1。
[0118] 步骤 2: 制备锂电池电极
[0119] 2-1.制备含有磺化物的锂电池电极： 将硫与介孔碳以质量比 3:1混合， 于密闭容 器中 155°C加热 24小吋， 得到活性材料， 以炭黑和碳纳米管为导电介质， 将步骤 1 得到的磺化聚合物磺化聚醚酮酮作为粘结剂， 按照活性材料： 炭黑： 碳纳米管
： 磺化聚醚醚酮三者的质量比例为 80: 5： 5： 10混合均匀后分散在异丙醇溶剂 中得到电极浆料， 将该电极浆料涂覆于铝箔上， 真空 70°C干燥 24小吋， 得到作 为锂电池正电极使用的硫正极。
[0120] 2-2.制备含有传统粘结剂的锂电池电极： 同上， 将步骤 2-1中的的磺化聚醚酮 酮改为 PVDF, 并按照上述制备锂电池电极的方法制备锂电池电极。
[0121] 步骤 3: 电池性能测试比较
[0122] 以步骤 2-1得到磺化聚醚酮酮作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 相对于以 PVDF作为电极浆料中的粘结剂使用所得到的硫正极用 于组装锂电池， 其电池循环性能和倍率性能有极大的提高。 以 PVDF作为粘结剂 的电极的电池， 在 5 A/g的电流密度下不能够运行。 以磺化聚醚酮酮作为粘结剂 的电极的电池， 在 12 A/g电流密度下能够稳定运行， 容量为 900 mA h /g。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种制备锂电池电极的方法， 包括以下步骤：
将电极活性材料、 粘接剂和导电介质混合后分散在溶剂中得到电极浆 料；
将所述电极浆料涂覆于集流体上；
加热烘干， 得到锂电池电极；
其特征在于， 所述的电极浆料中的粘结剂为磺化聚合物。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述的电极活性材料、 磺 化聚合物和导电介质的混合是按照电极活性材料： 磺化聚合物： 导电 介质的质量比为 40 - 98： 30 - 1： 30 - 1混合。
[权利要求 3] 根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 所述的溶剂的用量为电极 活性材料、 磺化聚合物以及导电介质三者总重量的 1~50倍。
[权利要求 4] 根据权利要求 1-3之一所述的方法， 其特征在于， 所述的电极活性材 料包括正极材料和负极材料， 分别选自层状材料、 三元复合材料、 尖 晶石材料、 橄榄石结构、 有机分子、 S、 0 2、 Si、 Sn、 石墨、 金属硫 化物、 金属氧化物中的一种。
[权利要求 5] 根据权利要求 1-3之一所述的方法， 其特征在于， 所述的磺化聚合物 的磺化度大于 2%。
[权利要求 6] 根据权利要求 1-3之一所述的方法， 其特征在于， 所述的磺化聚合物 选自磺化聚苯乙烯、 磺化聚苯乙炔、 磺化聚乙烯醇、 磺化聚碳酸酯、 磺化聚芳烃、 磺化聚醚砜、 磺化聚芳醚砜、 磺化联苯聚醚醚砜、 磺化 聚砜、 磺化聚苯并咪 （噻） 唑、 磺化聚芳醚、 磺化聚苯醚、 磺化聚苯 胺、 磺化聚芳醚酮、 磺化聚芳醚腈酮、 磺化聚芳醚腈酮砜、 磺化聚芳 醚腈酮酮、 磺化聚芳醚酮砜、 磺化聚芳醚酮酮砜、 磺化聚苯胺、 磺化 聚醚酮、 磺化聚醚酮酮、 磺化聚醚醚酮、 磺化聚醚醚酮酮、 磺化聚酰 亚胺中的一种或其任意组合。
[权利要求 7] 根据权利要求 1-3之一所述的方法， 其特征在于， 所述的导电介质选 自导电石墨、 炭黑、 乙炔黑、 碳纳米棒、 碳纳米管中的一种或其任意 组合。
[权利要求 8] 根据权利要求 1-3之一所述的方法， 其特征是： 所述的溶剂选自 N-甲 基吡咯烷酮、 Ν, Ν-二甲基甲酰胺、 Ν, Ν-二甲基乙酰胺、 二甲基亚砜
、 乙醇、 丙酮、 异丙醇以及水中的一种。
[权利要求 9] 根据权利要求 1-3之一所述的方法， 其特征在于， 所述的集流体选自 铜箔、 铝箔、 包覆碳的铜箔、 包覆碳的铝箔、 镍网、 铜网、 铝网、 不 锈钢网、 泡沫镍、 碳布中的一种。
[权利要求 10] —种根据权利要求 1-9中任一项所述的方法制备的锂电池电极。
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