一种锂硫电池正极的制作方法技术领域
本发明涉及一种锂硫电池领域，特别涉及锂硫电池正极制备方
法。
背景技术
随着化石能源的紧缺，人们对化学电源的需求越来越大、要求越
来越高。大的方面，燃油汽车对环境造成的污染以及燃油价格的居高
不下，使人们对高性价比的电动汽车期望值逐渐升高，燃油汽车续驶
里程500km，这要求车载电池的能量密度能达到550Wh/kg，而目前
正在推广的锂离子动力电池能量密度仅200Wh/kg左右，很难达到燃
油汽车的现有水平；小的方面，近年来便携式电子设备如手机、笔记
本电脑、平板电脑等得到大范围的普及，这要求电池要具有更高的容
量、更低的质量和更小的体积。因此，锂硫电池因其高理论比能量
2600Wh/kg、价格低廉和环境友好，作为下一代高质量比能量和高体
积比能量的新型化学电源，逐渐成为了研究的热点。
但是在研究过程中，锂硫电池也有一些亟待解决的问题，其中造
成其实用化最大胆障碍的是硫的溶解问题。硫的还原中间产物可溶于
电解液中，那么必然导致了容量的损失，多硫化物在电解液中始终会
保持一定的浓度，但这部分硫活性物质的损失是固定的，而且所占的
比例也较小；溶于电解液中的中间产物会穿梭至负极与金属锂直接发
生化学反应，导致电池自放电率高、搁置性能差和库伦效率低；另外，
最严重的影响，穿梭至负极的中间产物会发生不可逆的化学反应，沉
积在金属锂负极表面，导致活性反应界面减少，容量衰减加快。
发明内容
针对上述问题，结合锂硫电池自身反应机理，本发明提出了一种
锂硫电池正极制作方法。具体技术方案如下：
1)浆料的制备：
按照所需比例称取碳硫复合物、导电剂和解离后带正电荷高分子
胶粘剂，首先将碳硫复合物和导电剂放入分散剂中，超声5～120min，
使两者分散混合均匀；然后加入带正电荷高分子胶粘剂，继续超声5～
120min；得浆料A；
按照所需比例称取碳硫复合物、导电剂和解离后带负电荷高分子
胶粘剂，首先将碳硫复合物和导电剂放入分散剂中，超声5～120min，
使两者分散混合均匀；然后加入带负电荷高分子胶粘剂，继续超声5～
120min；得浆料B；
至少要制备两种或两种以上浆料，分别采用带异种电荷的高分子
作为胶粘剂。
2)电极的制作
将制备好的浆料采用喷枪或刮刀，将浆料A和浆料B交叉(依
次交替)喷涂或刮涂至集流体上，将涂好的电极放置于50℃-100℃鼓
风干燥箱干燥0.5～5h，再转入60℃-100℃真空烘箱干燥12h以上。
所述的带正电荷高分子胶粘剂为含有碱性基团的高分子树脂，碱
性基团包括伯胺、仲胺、叔胺、季胺基团，以及吡啶、联吡啶、咪唑、
恶唑、胍或季膦基团中的一种或两种以上；
所述的带负电的高分子胶粘剂为带有酸性基团的高分子树脂，酸
性基团为磺酸根、羧酸根、磷酸根、羟基中的一种或两种以上。
所述的碳硫复合物为将单质硫通过高温液相熔融填充至高比表
面的碳材料中的活性材料，其中硫的质量百分比为40％～80％；
碳硫复合物、导电剂和胶粘剂的混合比例为50～99.5：0～45：
0.5～50；胶粘剂为解离后带正电荷高分子胶粘剂或解离后带负电荷
高分子胶粘剂。
所述分散剂包括去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮等其中的
一种或两种以上。
所述导电剂为活性炭、石墨、导电炭黑、KB600、XC-72、BP2000
等碳材料中的一种或两种以上组合。
集流体上每平方厘米加载上的活性物质硫的量0.01mg/cm^2～
5mg/cm^2。
本发明的有益效果：
本发明针对锂硫电池关键制约因素，对电池正极结构进行改进。
电极通过筛选两种或两种以上带异种电荷的高分子作为电极的胶黏
剂，通过层层交叉涂至上述带有不同胶黏剂的浆料至集流体上来制备
电极。首先，电极中引入了带离子电荷的胶黏剂，会吸引带异种电荷
的多硫根离子中间产物，与之发生一定的化学作用，从而起到一定的
固硫作用，而且某些高分子在电解液中部分溶解可局域性生成凝胶电
解质，也从一定程度上限制了多硫离子的扩散；其次，层层的胶黏剂
之间的类胶连作用也会加强电极内部活性物质之间的相互作用力，可
有效降低电极内部欧姆阻抗；另外，胶黏剂在电解液环境中解离，从
一定程度上增加了电解液中的导电通道，对离子传导有一定帮助；最
后，所述的胶黏剂大多能够在电解液中溶胀，在空间上具有弹性，能
够缓解充放电过程中活性物质体积变化对电极造成的破坏。
相邻两层浆料中的胶粘剂由于带有异种电荷而发生类胶连的自
组装反应。通过这种方法制作的自组装一体化电极，带负电的硫中间
产物回和其中一种带正电荷的胶黏剂相结合，从而控制或减缓多硫离
子向本体电解液中扩散，能起到有效的固硫作用，并且由于层间高分
子的化学结合力较强，所需的胶黏剂比例下降，电极内部欧姆阻抗和
接触内阻有一定程度下降，更进一步，由于胶黏剂中引入的离子电荷，
能够在电解液中促进锂离子的传输。
附图说明
图1为实施例中以PVP和Nafion为胶粘剂的电极结构示意图；
图2为实施例1、2与对比例1、2的循环充放电性能对比图；
具体实施例
实施例1
浆料A：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
PVP按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电
剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超
声120min，使两者分散混合均匀；然后加入PVP(分子量～50W)，
继续超声30min。
浆料B：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
Nafion按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导
电剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，
超声120min，使两者分散混合均匀；然后加入Nafion(EW1100)，
膜EW继续超声30min。(其中，EW是指每摩尔离子交换基团
SO3H+所含干树脂质量)
将上述两种浆料层层交叉喷涂至集流体上，期间继续超声，为保
证电极制作过程中浆料的均匀一致性。
实施例2
浆料A：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
PVP按照80：10：10的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电
剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超
声120min，使两者分散混合均匀；然后加入PVP(分子量～50W)，
继续超声30min。
浆料B：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
Nafion按照80：10：10的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导
电剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，
超声120min，使两者分散混合均匀；然后加入Nafion(EW1100)，
继续超声30min。
将上述两种浆料层层交叉喷涂至集流体上，期间继续超声，为保
证电极制作过程中浆料的均匀一致性。
实施例3
浆料A：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
PVP按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电
剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超
声120min，使两者分散混合均匀；然后加入壳寡糖(分子量～50W)，
继续超声30min。
浆料B：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
Nafion按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导
电剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，
超声120min，使两者分散混合均匀；然后加入磺化聚醚醚酮(磺化
度80％)，继续超声30min。
将上述两种浆料层层交叉喷涂至集流体上，期间继续超声，为保
证电极制作过程中浆料的均匀一致性。
实施例4
浆料A：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
PVP按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电
剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超
声120min，使两者分散混合均匀；然后加入聚氯乙烯基吡啶(分子
量～50W)，继续超声30min。
浆料B：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
Nafion按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导
电剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，
超声120min，使两者分散混合均匀；然后加入磺化聚醚醚酮(磺化
度80％)，继续超声30min。
将上述两种浆料层层交叉喷涂至集流体上，期间继续超声，为保
证电极制作过程中浆料的均匀一致性。
实施例5
浆料A：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
PVP按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电
剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超
声120min，使两者分散混合均匀；然后加入聚乙烯亚胺(分子量～
90W)，继续超声30min。
浆料B：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
Nafion按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导
电剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，
超声120min，使两者分散混合均匀；然后加入磺化聚砜(磺化度70％)，
继续超声30min。
将上述两种浆料层层交叉喷涂至集流体上，期间继续超声，为保
证电极制作过程中浆料的均匀一致性。
实施例6
浆料A：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
PVP按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电
剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超
声120min，使两者分散混合均匀；然后加入聚乙烯基吡啶(分子量～
50W)，继续超声30min。
浆料B：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
Nafion按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导
电剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，
超声120min，使两者分散混合均匀；然后加入羧甲基纤维素
(MW110000)，继续超声30min。
将上述两种浆料层层交叉喷涂至集流体上，期间继续超声，为保
证电极制作过程中浆料的均匀一致性。
实施例7
浆料A：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
PVP按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电
剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超
声120min，使两者分散混合均匀；然后加入氯甲基咪唑改性的聚醚
砜(分子量～50W)，继续超声30min。
浆料B：将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂
Nafion按照70：10：20的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导
电剂放入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，
超声120min，使两者分散混合均匀；然后加入磺化聚酰亚胺(磺化
度80％)，继续超声30min。
将上述两种浆料层层交叉喷涂至集流体上，期间继续超声，为保
证电极制作过程中浆料的均匀一致性。
对比例1
将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂PVP按
照80：10：10的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电剂放入
分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超声120min，
使两者分散混合均匀；然后加入PVP(分子量～50W)，继续超声
30min。
将上述浆料喷涂至集流体上。
对比例2
将碳硫复合物(硫含量70％)、导电剂KB600和粘结剂Nafion
按照80：10：10的比例称取，首先将称取的碳硫复合物和导电剂放
入分散剂异丙醇(按照浆料固含量3％称取异丙醇的量)中，超声
120min，使两者分散混合均匀；然后加入Nafion(EW1100)，继续超
声30min。
将上述浆料喷涂至集流体上。
以上电极实施例1-7和对比例1、2中喷涂好的电极放置于70℃
鼓风干燥箱干燥0.5～5h，再转入60℃真空烘箱干燥12h以上，放入
充满氩气的手套箱中，组装成电池，进行循环充放电测试。
图2可看出，本发明制备的锂硫电池正极和对比例相比，相同循
环次数运行条件下，由于层层的胶黏剂之间的类胶连作用会加强电极
内部活性物质之间的相互作用力，可有效降低电极内部欧姆阻抗循环
放电比容量更高。