專利名稱：陰極及其制備方法以及使用該陰極的鋰硫電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陰極及其制備方法，以及使用該陰極的鋰硫電池。更具體地，本發(fā)明涉及一種陰極活性物質(zhì)中所使用的粘合劑量降低了的陰極及其制備方法，以及使用該陰極的鋰硫電池，其中所述陰極活性物質(zhì)包含硫或硫化物。
背景技術(shù)：
近來(lái)，隨著對(duì)移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝錄機(jī)等便攜式電子設(shè)備小型化和重量輕的需求的增加，作為這些設(shè)備的電源，對(duì)于可以實(shí)現(xiàn)尺寸小、重量輕和容量大的鋰二次電池的需要也正在增加。
多種材料可以用作二次電池的活性物質(zhì)，而且常規(guī)的鋰離子電池和鋰聚合物電池一般使用鋰金屬化合物如LiCoO2作為陰極活性物質(zhì)，并使用結(jié)晶或非結(jié)晶的碳作為陽(yáng)極活性物質(zhì)。
作為陰極活性物質(zhì)，LiCoO2的理論容量?jī)H為274mAh/g；作為陽(yáng)極活性物質(zhì)，碳的理論容量?jī)H為372mAh/g。盡管隨著電池制造工藝的進(jìn)步，電池已經(jīng)變得更小和更輕了，但是實(shí)現(xiàn)尺寸小、重量輕的電池仍受陰極和陽(yáng)極活性物質(zhì)的理論容量的限制。
另一方面，與常規(guī)的鋰離子電池和鋰聚合物電池相比，使用理論容量為1680mAh/g的硫作為陰極活性物質(zhì)并使用理論容量為3860mAh/g的鋰金屬作為陽(yáng)極活性物質(zhì)的鋰硫二次電池，具有非常高的能量密度，并且具有制造體積小、重量輕且需求日益增加的電池的潛力。
在鋰硫電池中，鋰與硫之間的氧化/還原反應(yīng)可以表示成下列的反應(yīng)流程。已知在鋰硫二次電池中可以實(shí)際利用的硫的反應(yīng)容量?jī)H為其理論容量的一半，即約840mAh/g，原因是多硫化物的不可逆反應(yīng)特性。
從上述反應(yīng)流程可以看出，在鋰與硫之間的氧化/還原反應(yīng)中生成了新的反應(yīng)產(chǎn)物，即多硫化鋰。已知在上述反應(yīng)中沉淀的硫與鋰的多硫化物具有非常低的導(dǎo)電性。為了促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)，需要活性物質(zhì)與導(dǎo)電的反應(yīng)位置的表面接觸。此外，為了促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)位置的提供，需要使用大量的導(dǎo)電劑以獲得足夠的反應(yīng)表面積。
在常規(guī)的鋰離子電池和鋰聚合物電池中，所述的氧化/還原反應(yīng)為插層反應(yīng)(intercalation)，其中鋰離子進(jìn)/出于LiCoO2的層狀結(jié)構(gòu)。在這種插層反應(yīng)中，由于LiCoO2的導(dǎo)電性也比較低，所以需要導(dǎo)電劑來(lái)增加陰極的導(dǎo)電性。由于陰極活性物質(zhì)LiCoO2擔(dān)當(dāng)反應(yīng)位置，所以為了增加陰極的導(dǎo)電性僅需少量的導(dǎo)電劑。
因此，在鋰硫電池中陰極的導(dǎo)電劑用量比鋰離子電池或鋰聚合物電池中的用量大。例如US 5961672-4、WO 33125-3、WO 33125-4、WO 33127-2和WO 33127-3指出，所使用的導(dǎo)電劑多達(dá)10～30％重量。
增加導(dǎo)電劑的量不可避免地增加粘合劑的用量，以便防止陰極板的結(jié)合力降低，導(dǎo)致陰極活性物質(zhì)在陰極活性物質(zhì)層中的濃度降低，這反過(guò)來(lái)又使制造高性能的陰極變得困難，所述陰極活性物質(zhì)層中除了陰極活性物質(zhì)之外還包括導(dǎo)電劑和粘合劑。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種陰極，該陰極可以降低具有活性物質(zhì)硫的陰極中粘合劑的用量。
本發(fā)明還提供一種制備所述陰極的方法。
此外，本發(fā)明提供一種使用該陰極的鋰硫電池。
一方面，本發(fā)明提供一種陰極，該陰極包括集電體和層壓在集電體上并且包括具有核-殼(core-shell)結(jié)構(gòu)顆粒的陰極活性物質(zhì)層，每個(gè)顆粒包括含硫的活性物質(zhì)核，位于活性物質(zhì)核表面上的導(dǎo)電劑涂層，及位于導(dǎo)電劑涂層上的粘合劑涂層。
優(yōu)選每個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的顆粒與集電體及相鄰的具有核殼結(jié)構(gòu)的顆粒機(jī)械地、導(dǎo)電地連接。
導(dǎo)電劑涂層可以包括具有電子導(dǎo)電性的顆?；蚓哂袖囯x子導(dǎo)電性的聚合物，優(yōu)選包括碳粉末。
粘合劑涂層可以包括至少一種粘合劑，該粘合劑選自聚環(huán)氧乙烷、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物以及聚偏二氟乙烯與丁苯橡膠的混合物。
含硫活性物質(zhì)核的含量為所述陰極活性物質(zhì)層重量的約70～90％。如果含硫活性物質(zhì)核的含量小于70％重量，則單位陰極重量的能量容量降低，不合乎需要。如果含硫活性物質(zhì)核的含量大于95％重量，則導(dǎo)電劑涂層和粘合劑涂層的含量降低，致使陰極活性物質(zhì)的導(dǎo)電性和結(jié)合力變差。
另一方面，本發(fā)明提供一種制備陰極的方法，該方法包括(a)將2～100重量份的含硫活性物質(zhì)、1～50重量份的導(dǎo)電材料與20～100重量份的溶劑混合并研磨，制備陰極活性物質(zhì)的初級(jí)顆粒，其包括陰極活性物質(zhì)核和位于該陰極活性物質(zhì)核上的導(dǎo)電劑涂層；及(b)將0.1～50重量份的粘合劑溶解于1～99.9重量份的溶劑中所得的粘合劑溶液與所述陰極活性物質(zhì)的初級(jí)顆粒混合并研磨，制備包括粘合劑涂層的陰極活性物質(zhì)的次級(jí)顆粒的漿料。
該方法可以進(jìn)一步包括在步驟(b)之后用所述漿料涂布集電體至10～500微米的厚度。
此外，優(yōu)選該初級(jí)顆粒包括具有電子導(dǎo)電性的顆?；蚓哂袖囯x子導(dǎo)電性的聚合物，更優(yōu)選包括碳粉末。
粘合劑涂層可以包括至少一種粘合劑，該粘合劑選自聚環(huán)氧乙烷、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物以及聚偏二氟乙烯與丁苯橡膠的混合物。
步驟(a)和(b)中的溶劑為選自N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、四氫呋喃和乙腈中的至少一種。
其中在步驟(b)的粘合劑溶液中使用與步驟(a)中相同的溶劑。
再一方面，本發(fā)明提供一種包括該陰極的鋰硫電池。
利用本發(fā)明的陰極，可以獲得足夠的結(jié)合力，同時(shí)又降低粘合劑的用量。因此，在采用該陰極的鋰硫電池中，大量的陰極活性物質(zhì)包含于陰極活性物質(zhì)層中，從而制得高性能的陰極。


通過(guò)詳細(xì)描述其示例性的實(shí)施方案并參照附圖，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加顯而易見(jiàn)，在附圖中圖1是常規(guī)陰極的活性物質(zhì)層的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的陰極活性物質(zhì)層的結(jié)構(gòu)圖；圖3是硫顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，該硫顆粒的表面涂布了碳顆粒導(dǎo)電劑，并且是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1制備的；圖4是放大了的圖3的SEM照片；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制備的陰極的活性物質(zhì)層結(jié)構(gòu)的SEM照片；圖6是根據(jù)對(duì)比例1制備的陰極的活性物質(zhì)層結(jié)構(gòu)的SEM照片；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6制備的鋰硫電池的循環(huán)特性；及圖8是根據(jù)對(duì)比例6制備的鋰硫電池的循環(huán)特性。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將描述本發(fā)明的陰極，同時(shí)與常規(guī)的陰極進(jìn)行比較。
簡(jiǎn)要地描述一下常規(guī)的陰極。圖1示出了常規(guī)陰極的活性物質(zhì)層的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，常規(guī)陰極的活性物質(zhì)層包括均勻混合的活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑。更具體地，處于不連續(xù)相中的硫或多硫化物活性物質(zhì)顆粒1的表面涂布了電子導(dǎo)電劑顆粒或離子導(dǎo)電劑顆粒與粘合劑的混合物3，混合物3也處于不連續(xù)相中。這種情況下，為了確保陰極板本身或陰極活性物質(zhì)層與陰極板之間堅(jiān)固的結(jié)合力，需要用粘合劑來(lái)涂布活性物質(zhì)顆粒和導(dǎo)電劑顆粒。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的陰極活性物質(zhì)層的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，本發(fā)明的陰極活性物質(zhì)層由具有核殼結(jié)構(gòu)的顆粒構(gòu)成，其中所述的核涂布了導(dǎo)電劑顆粒層7，且導(dǎo)電劑顆粒層7涂布了粘合劑層9。該核包括硫或多硫化物活性物質(zhì)顆粒5。這樣，由于粘合劑層9僅需涂布在導(dǎo)電劑顆粒層7(其涂布在活性物質(zhì)核5的表面上)的表面上，所以僅需要少量的粘合劑，即可獲得與所有活性物質(zhì)顆粒和導(dǎo)電劑顆粒均涂布粘合劑的常規(guī)活性物質(zhì)層(圖1)中相同的結(jié)合力。結(jié)果，由于僅用少量的粘合劑即可確保結(jié)合力，所以活性物質(zhì)在陰極活性物質(zhì)層中的含量可以增加，從而制得高性能的陰極板。
在電極板的制備中，從電池性能的角度來(lái)看，活性物質(zhì)層的各組分之間以及活性物質(zhì)層與集電體之間的結(jié)合力是非常重要的因素。如果活性物質(zhì)層與集電體之間的結(jié)合力降低，則它們之間在電池的充放電循環(huán)中發(fā)生剝離，導(dǎo)致電池性能惡化。但是，本發(fā)明的電極有效地解決了上述問(wèn)題，因而制得的鋰硫電池具有良好的循環(huán)特性。
如圖1和2所示，由于本發(fā)明陰極活性物質(zhì)層的微孔大于常規(guī)的陰極活性物質(zhì)層的微孔，所以具有良好的電解質(zhì)吸附性能。此外，由于本發(fā)明的陰極具有比常規(guī)陰極板小得多的涂布了粘合劑的導(dǎo)電劑表面積，所以可以抑制因粘合劑的存在而導(dǎo)致的導(dǎo)電性能的降低，并且可以有效地為活性物質(zhì)的氧化/還原反應(yīng)提供場(chǎng)所。
現(xiàn)將參照下列具體的實(shí)施例，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的陰極以及采用該陰極的鋰硫電池的制備方法。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以在實(shí)踐中對(duì)本發(fā)明做出很多落入本發(fā)明所要求的范圍或其等價(jià)物中的改變和修飾。
陰極的制備實(shí)施例1按下列方法制備陰極，該陰極包括含有顆粒的陰極活性物質(zhì)層，所述顆粒具有核殼結(jié)構(gòu)，其中混有重量比為70∶20∶10的硫活性物質(zhì)核、用作第一涂層的碳導(dǎo)電劑和用作第二涂層的粘合劑(見(jiàn)圖2)。
將450克直徑5毫米的氧化鋯(ZrO2)球放入250毫升高密度聚乙烯(HDPE)容器中，并與7克硫、2.0克碳(Super-P)及66克乙腈溶劑混合。所的混合物在200rpm下研磨24小時(shí)，從而制得硫活性物質(zhì)表面涂布了碳顆粒的顆粒。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制備的硫顆粒的電子顯微鏡(SEM)照片，其表面涂有作為導(dǎo)電劑的碳顆粒，圖4是圖3的放大照片。參照?qǐng)D3和4，硫活性物質(zhì)顆粒表面涂有直徑50納米的碳顆粒。然后，將16.7克的粘合劑溶液加到涂有碳顆粒的硫活性物質(zhì)顆粒的漿料中，并在50rpm下研磨1小時(shí)，之后再次涂布粘合劑溶液。粘合劑溶液是通過(guò)將6％重量的重均分子量為4000000的聚環(huán)氧乙烷(PEO)溶解于乙腈溶液而制備的。
隨后，利用刮刀將陰極活性物質(zhì)漿料施用于涂有碳的鋁(Al)基材(Rexam)上，達(dá)到硫容量為840mAh/g且陰極裝填密度為2.0mAh/cm2的厚度，然后在80℃下干燥24小時(shí)。將所得產(chǎn)物卷起來(lái)并切成預(yù)定的尺寸，從而制得陰極。
圖5示出了如此制備的陰極的陰極活性物質(zhì)層結(jié)構(gòu)的SEM照片。從圖5中可以看出，漿料的顆粒具有核殼結(jié)構(gòu)。將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)實(shí)施例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
實(shí)施例2按與實(shí)施例1相同的方式制備陰極，只是將硫活性物質(zhì)核、用于第一涂層的碳導(dǎo)電劑和用于第二涂層的粘合劑的重量混合比調(diào)整為70∶20∶5，并使用8.4克粘合劑溶液。
其后，將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)實(shí)施例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
實(shí)施例3按與實(shí)施例1相同的方式制備陰極，只是將硫活性物質(zhì)核、用于第一涂層的碳導(dǎo)電劑和用于第二涂層的粘合劑的重量混合比調(diào)整為70∶20∶3，并使用5.0克粘合劑溶液。
其后，將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)實(shí)施例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
實(shí)施例4按與實(shí)施例1相同的方式制備陰極，只是將硫活性物質(zhì)核、用于第一涂層的碳導(dǎo)電劑和用于第二涂層的粘合劑的重量混合比調(diào)整為70∶20∶1，并使用1.7克粘合劑溶液。
其后，將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)實(shí)施例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
結(jié)合力試驗(yàn)實(shí)施例5將在實(shí)施例1～4中制備的陰極置于電解質(zhì)溶液中，并放置10分鐘，然后觀察其是否剝離，測(cè)試結(jié)合力。這里使用的電解質(zhì)溶液為1.0M LiPF6溶解于混合比為5∶2∶2∶1的二氧戊環(huán)(DOX)、二甘醇二甲醚(DGM)、二甲氧基乙烷(DEC)和環(huán)丁砜(SUL)混合溶劑中的溶液。
表1總結(jié)了結(jié)合力試驗(yàn)的結(jié)果。參照表1，在實(shí)施例1～4中制備的陰極沒(méi)有一個(gè)發(fā)生剝離，與組成比例沒(méi)有關(guān)系。
表1


陰極的制備對(duì)比例1按如下方法制備陰極，該陰極包括常規(guī)的活性物質(zhì)層，在活性物質(zhì)層中，硫活性物質(zhì)、碳導(dǎo)電劑和粘合劑的重量混合比為70∶20∶10(見(jiàn)圖1)。
將400克直徑5毫米的氧化鋯(ZrO2)球放入250毫升HDPE容器中，并與7克硫及31克乙腈(表2中的溶劑1)溶劑混合。所的混合物在200rpm下研磨24小時(shí)，從而制得硫漿料。
將2.0克碳(Super-P)、16.7克粘合劑溶液和35克乙腈(表2中的溶劑2)加到另一250毫升HDPE容器中并攪拌混合。所的混合物在50rpm下研磨24小時(shí)，從而制得碳漿料。粘合劑溶液是通過(guò)將6％重量的重均分子量為4000000的聚環(huán)氧乙烷(PEO)溶解于乙腈溶液而制備的。
然后，將硫漿料與碳漿料混合，并在50rpm下研磨24小時(shí)，從而制得硫漿料與碳漿料混合均勻的陰極活性物質(zhì)漿料。
利用刮刀將陰極活性物質(zhì)漿料施用于涂有碳的鋁(Al)基材(Rexam)上，達(dá)到硫容量為840mAh/g且陰極裝填密度為2.0mAh/cm2的厚度，然后在80℃下干燥24小時(shí)。將所得產(chǎn)物卷起來(lái)并切成預(yù)定的尺寸，從而制得陰極。
圖6示出了如此制備的陰極的陰極活性物質(zhì)層結(jié)構(gòu)的SEM照片。從圖6中可以看出，硫顆粒均地分布于碳顆粒中。將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)實(shí)施例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
對(duì)比例2按與對(duì)比例1相同的方式制備陰極，只是將硫活性物質(zhì)、碳導(dǎo)電劑和粘合劑的重量混合比調(diào)整為70∶20∶5，并使用8.4克粘合劑溶液。
其后，將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)對(duì)比例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
對(duì)比例3
按與對(duì)比例1相同的方式制備陰極，只是將硫活性物質(zhì)、碳導(dǎo)電劑和粘合劑的重量混合比調(diào)整為70∶20∶3，并使用5.0克粘合劑溶液。
其后，將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)對(duì)比例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
對(duì)比例4按與對(duì)比例1相同的方式制備陰極，只是將硫活性物質(zhì)、碳導(dǎo)電劑和粘合劑的重量混合比調(diào)整為70∶20∶1，并使用1.7克粘合劑溶液。
其后，將所得陰極切成1.5×2.0厘米的尺寸，并根據(jù)對(duì)比例5中所描述的方法進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。
結(jié)合力試驗(yàn)對(duì)比例5將在對(duì)比例1～4中制備的陰極置于組成與實(shí)施例5相同的電解質(zhì)溶液中，并放置10分鐘，然后觀察其是否剝離，測(cè)試結(jié)合力。
表2總結(jié)了結(jié)合力試驗(yàn)的結(jié)果。參照表2，在對(duì)比例1中制備的硫活性物質(zhì)、碳導(dǎo)電劑和粘合劑的重量混合比為70∶20∶10的陰極沒(méi)有發(fā)生剝離，而在對(duì)比例2～4中制備的重量混合比分別為70∶20∶5、70∶20∶3和70∶20∶1的陰極則發(fā)生了剝離。
表2

鋰硫電池的制備實(shí)施例6將25微米厚的聚乙烯隔板(得自Cellgard Co.)放置于根據(jù)實(shí)施例3制備的陰極與通過(guò)切割鋰金屬板至預(yù)定尺寸而制備的陽(yáng)極之間，并將所得產(chǎn)物裝配成盒型鋰電池。向盒中注入有機(jī)電解質(zhì)溶液并密封，由此制得鋰硫電池。這里使用100毫克1.0M LiSO3CF3溶解于混合比為5∶2∶2∶1的二氧戊環(huán)(DOX)、二甘醇二甲醚(DGM)、二甲氧基乙烷(DEC)和環(huán)丁砜(SUL)混合溶劑中的溶液作為有機(jī)電解質(zhì)溶液。
將如此制備的鋰硫電池放置3小時(shí)，每次均以0.25C在1.5～2.8V的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行放電和充電，然后對(duì)其進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)。在充電期間，額外地設(shè)定150％設(shè)計(jì)容量的截止條件。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6制備的鋰硫電池的循環(huán)特性。如圖7所示，陰極的結(jié)合力如此良好，以至于在50次循環(huán)之后，充電或放電容量也沒(méi)有發(fā)生顯著的下降，圖8所示的情況則完全不同。
對(duì)比例6按與實(shí)施例6相同的方式制備鋰硫電池，只是使用根據(jù)對(duì)比例3制備的陰極。將該鋰硫電池在與實(shí)施例6相同的條件下進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)。
圖8示出了根據(jù)對(duì)比例6制備的鋰硫電池的循環(huán)特性。參照?qǐng)D8，陰極的結(jié)合力較差，導(dǎo)致第二次循環(huán)之后放電和充電容量急劇下降，與圖7中所示的情況不同。
如上所述，利用本發(fā)明的陰極可以取得足夠的結(jié)合力，同時(shí)又降低粘合劑的用量。因而，在采用該陰極的鋰硫電池中，陰極活性物質(zhì)層可以包含大量的活性物質(zhì)，從而制得高性能的陰極。
換言之，本發(fā)明陰極的陰極活性物質(zhì)層包括具有核殼結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)顆粒。由于該活性物質(zhì)顆粒還依次涂有導(dǎo)電劑層和粘合劑層，所以僅在導(dǎo)電劑層的表面上涂有粘合劑。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)相同水平的結(jié)合力所需的粘合劑量，小于粘合劑既施用于活性物質(zhì)顆粒又施用于導(dǎo)電劑顆粒的常規(guī)陰極活性物質(zhì)層中所需的粘合劑量。
由于少量的粘合劑即可獲得足夠的陰極活性物質(zhì)層的結(jié)合力，所以可以增加陰極活性物質(zhì)層中活性物質(zhì)的含量，從而制得高性能的陰極。
此外，從圖1和2可以明白，本發(fā)明的陰極活性物質(zhì)層的微孔大于常規(guī)陰極活性物質(zhì)層的微孔。因而，本發(fā)明的陰極活性物質(zhì)層較常規(guī)的陰極活性物質(zhì)層具有提高了的電解質(zhì)吸附性能。同時(shí)，由于本發(fā)明的陰極所具有的涂有粘合劑的導(dǎo)電劑的表面積遠(yuǎn)小于常規(guī)的陰極板，所以可以抑制因粘合劑的存在而導(dǎo)致的導(dǎo)電性能的降低，并且可以有效地提供活性物質(zhì)的氧化/還原反應(yīng)場(chǎng)所。
權(quán)利要求
1.一種陰極，包括集電體；及層壓在該集電體上并且包括具有核殼結(jié)構(gòu)顆粒的陰極活性物質(zhì)層，每個(gè)顆粒包括含硫的活性物質(zhì)核，位于該活性物質(zhì)核表面上的導(dǎo)電劑涂層，及位于該導(dǎo)電劑涂層上的粘合劑涂層。
2.權(quán)利要求1的陰極，其中每個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的顆粒與集電體及相鄰的具有核殼結(jié)構(gòu)的顆粒機(jī)械地、導(dǎo)電地連接。
3.權(quán)利要求1的陰極，其中該導(dǎo)電劑涂層包括具有電子導(dǎo)電性的顆?；蚓哂袖囯x子導(dǎo)電性的聚合物。
4.權(quán)利要求1的陰極，其中該導(dǎo)電劑涂層包括碳粉末。
5.權(quán)利要求1的陰極，其中該粘合劑涂層包括至少一種粘合劑，該粘合劑選自聚環(huán)氧乙烷、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物以及聚偏二氟乙烯與丁苯橡膠的混合物。
6.權(quán)利要求1的陰極，其中該含硫活性物質(zhì)核的含量為所述陰極活性物質(zhì)層重量的約70～90％。
7.一種包括陰極的鋰硫電池，其中該陰極包括集電體；及層壓在該集電體上并且包括具有核殼結(jié)構(gòu)顆粒的陰極活性物質(zhì)層，每個(gè)顆粒包括含硫的活性物質(zhì)核，位于該活性物質(zhì)核表面上的導(dǎo)電劑涂層，及位于該導(dǎo)電劑涂層上的粘合劑涂層。
8.權(quán)利要求7的鋰硫電池，其中每個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的顆粒與集電體及相鄰的具有核殼結(jié)構(gòu)的顆粒機(jī)械地、導(dǎo)電地連接。
9.權(quán)利要求7的鋰硫電池，其中該導(dǎo)電劑涂層包括具有電子導(dǎo)電性的顆?；蚓哂袖囯x子導(dǎo)電性的聚合物。
10.權(quán)利要求7的鋰硫電池，其中該導(dǎo)電劑涂層包括碳粉末。
11.權(quán)利要求7的鋰硫電池，其中該粘合劑涂層包括至少一種粘合劑，該粘合劑選自聚環(huán)氧乙烷、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物以及聚偏二氟乙烯與丁苯橡膠的混合物。
12.權(quán)利要求7的鋰硫電池，其中該含硫活性物質(zhì)核的含量為所述陰極活性物質(zhì)層重量的約70～90％。
13.一種制備陰極的方法，該方法包括(a)將2～100重量份的含硫活性物質(zhì)、1～50重量份的導(dǎo)電材料與20～100重量份的溶劑混合并研磨，制備陰極活性物質(zhì)的初級(jí)顆粒，其包括陰極活性物質(zhì)核和位于該陰極活性物質(zhì)核上的導(dǎo)電劑涂層；及(b)將0.1～50重量份的粘合劑溶解于1～99.9重量份的溶劑中所得的粘合劑溶液與所述陰極活性物質(zhì)的初級(jí)顆?；旌喜⒀心?，制備包括粘合劑涂層的陰極活性物質(zhì)的次級(jí)顆粒的漿料。
14.權(quán)利要求13的方法，還包括在步驟(b)之后用所述漿料涂布集電體至10～500微米的厚度。
15.權(quán)利要求13的方法，其中該初級(jí)顆粒包括具有電子導(dǎo)電性的顆粒或具有鋰離子導(dǎo)電性的聚合物。
16.權(quán)利要求15的方法，其中該初級(jí)顆粒包括碳粉末。
17.權(quán)利要求13的方法，其中該粘合劑涂層包括至少一種粘合劑，該粘合劑選自聚環(huán)氧乙烷、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物以及聚偏二氟乙烯與丁苯橡膠的混合物。
18.權(quán)利要求13的方法，其中步驟(a)和(b)中的溶劑為選自N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、四氫呋喃和乙腈中的至少一種。
19.權(quán)利要求13的方法，其中在步驟(b)的粘合劑溶液中使用與步驟(a)中相同的溶劑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陰極，該陰極包括集電體和層壓在集電體上并且包括具有核殼(core－shell)結(jié)構(gòu)顆粒的陰極活性物質(zhì)層，每個(gè)顆粒包括含硫的活性物質(zhì)核，位于活性物質(zhì)核表面上的導(dǎo)電劑涂層，及位于導(dǎo)電劑涂層上的粘合劑涂層。在所述的陰極中，由于僅用少量的粘合劑即可獲得足夠的結(jié)合力，所以，可以制備高性能的鋰硫電池。
文檔編號(hào)H01M4/36GK1427491SQ0214442
公開(kāi)日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月18日
發(fā)明者崔在榮, 劉德榮, 李鐘基, 金珉奭 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社