鋰硫電池正極用新型粘結(jié)劑的研究.pdf

1、鋰硫電池(Li-S)具有大的比容量(1675mAh·g-1)和能量密度(2600 Wh·kg-1)，并且硫在自然界中儲量豐富且價格低廉，是目前最具應用潛力的電池體系之一。但是單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物的低電子電導率，中間產(chǎn)物在電解液中的高溶解度以及循環(huán)中電極體積的變化都制約了電極電化學性能的發(fā)揮。本文以提高鋰硫電池比容量和循環(huán)壽命為目的，探究了不同粘結(jié)劑對硫正極性能的影響，多功能粘結(jié)劑通過強化電極導電框架結(jié)構和對電極材料的表面修飾作用，改善了電

2、極的電化學性能，為開發(fā)適用于鋰硫電池正極的粘結(jié)劑提供了理論和科學依據(jù)。
　　本文首先用水性粘結(jié)劑 LA132替代傳統(tǒng)的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑(PVDF)。LA132水性粘結(jié)劑具有強極性鍵-CN，粘結(jié)性能強于半結(jié)晶性聚合物 PVDF。使用 PVDF制備的電極在多圈循環(huán)后表面出現(xiàn)不可逆放電產(chǎn)物的堆積，而LA132電極仍保持循環(huán)前疏松多孔的結(jié)構。此外，PVDF電極上部分活性物質(zhì)脫落，露出鋁箔，而LA132電極結(jié)構完整。電化學測試證明LA132

3、電極具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性，并且當粘結(jié)劑減少到5 wt％時電極仍具有較好的電化學性能。
　　基于以上實驗，選用具有強極性鍵的聚丙烯酸(PAA)粘結(jié)劑與石墨烯高溫復合，得到分散性良好的導電粘結(jié)劑分散液(G-PAA)。兩者間強烈的氫鍵作用緩解了PAA的分子內(nèi)作用力并且抑制了石墨烯納米片的堆垛。電化學表明使用G-PAA的電極的放電比容量相比于PAA電極提高了33%。電極優(yōu)異的電化學性能與導電粘結(jié)劑在電極內(nèi)構建的特殊三維結(jié)構有關，石墨烯均勻

4、穿插在電極中為電子傳導提供了基底同時形成的大孔介孔結(jié)構有利于鋰離子的傳輸。
　　為進一步提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性，將PAA和具有多硫化鋰吸附能力的導電聚合物聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)以不同比例混合后用于多孔碳/硫正極。混合粘結(jié)劑結(jié)合了 PAA吸收電解液和導電聚合物 PEDOT:PSS固定多硫化鋰的優(yōu)勢，當 PAA與PEDOT:PSS以2:3質(zhì)量比例混合使用時，電極在0.5 C電流密度下初始容量