[發明專利]一種鋰離子電池的電極粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201810098802.9
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108417836B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 黃杰;黃靜芳;李明君
• 申請（專利權）人: 閩南師范大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;C08F293/00
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 鄭永泉

本發明公開了一種新型鋰離子電池的電極粘結劑，所述電極粘結劑為ABA型三嵌段聚合物，兩端為聚丙烯酸類嵌段，中間為聚丙烯酸酯類嵌段；聚丙烯酸類嵌段由甲基丙烯酸單體和/或丙烯酸單體聚合而成，聚丙烯酸酯類嵌段由丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯中的一種或幾種聚合而成。本發明還公開了上述的新型鋰離子電池的電極粘結劑的制備方法。本發明所提供的嵌段共聚物粘結劑的電極極化小、放電比容量高、循環過程中的容量保持率高、粘結劑界面阻抗小，可同時適用于正極和負極，在鋰離子電池領域具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池的電極粘結劑及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池自問世以來，憑借其比容量高、循環壽命長、自放電小等優點被廣泛應用于電動汽車、便攜式電子產品等領域，但是，目前仍存在電動汽車單次充電行駛里程短、充電時間長，便攜式電子產品電池續航能力不足、容量衰減過快等問題。這些問題與鋰離子電池中的活性物質、電極結構、電極粘結劑等息息相關。其中，電極粘結劑雖然只占電極體系很小的一部分，但卻占據重要地位，對電池充放電速率、循環性能等有直接影響。

電極粘結劑的作用在于，將活性材料和導電劑粘結到金屬集流體上，形成完整的正極或者負極。電極粘結劑在電極中應當有合適的分散形態以確保活性顆粒之間以及活性顆粒與集流體之間的粘結，但又不能完全包覆活性顆粒導致其與導電劑失去接觸。另外，電極粘結劑需要具備適當的電解液溶脹能力，以在電極中形成良好的鋰離子傳輸通道，同時不能損失過多的粘結強度。粘結劑還應具有良好的電化學穩定性以及彈性，確保在鋰離子電池多次充放電循環中保持電極結構的穩定性。

長期以來，聚偏氟乙烯(PVDF)因其所具有良好的電化學、化學、熱穩定性以及較高的機械強度，滿足作為電極粘結劑的基本要求而得以廣泛應用于鋰離子電池正負極中作為電極粘結劑使用。但PVDF只能依靠范德華力與活性物質結合，粘結力弱，本身結晶度較高，彈性差，且在電解液中的溶脹率較高，只能在體積變化小于10％的電極中才能發揮穩定作用。當其應用于高比容量的電極，如硅基負極時，充放電的大體積變化容易造成活性物質與導電劑以及電極與集流體之間的脫落，使其容量迅速衰減。

最近研究表明，采用富含羧基基團的聚合物，如羧甲基纖維素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)等，在硅基負極中比PVDF具有明顯優勢，能夠有效減緩電池容量的衰減，延長循環壽命，其中由于PAA比CMC具有更多的羧基基團，且分布均勻，改善效果尤為顯著。PAA對硅電極性能的提升主要有基于以下三點原因：第一，PAA上均勻分布的羧基會與硅表面的羥基形成酯鍵或氫鍵，從而極大地增強了粘結劑與硅表面的結合力；第二，PAA的玻璃化轉變溫度(T_g)較高，且不會溶脹碳酸酯類電解液，因此可以保持較高的彈性模量，從而抵抗硅顆粒在充/放過程中的體積變化，減少硅顆粒破碎粉化帶來的容量損失；第三，PAA能夠很好地包覆硅顆粒表面，基于同性電荷相斥原理，其分子鏈上的羧基基團電離后帶負電，能夠有效地阻擋溶劑分子進入電極，從而減少電解液在硅表面的還原反應，進到類似固體電解質界面(SEI)的作用。但CMC和PAA依然存在模量較大、缺乏彈性的問題，現有研究多采用多種電極粘結劑復配的方法，如將丁苯膠乳(SBR)與CMC復配形成新的電極粘結劑體系，但由于SBR含有內雙鍵結構，容易被氧化，不適宜應用于正極，限制了其適用范圍。

發明內容

為克服現有的技術缺陷，本發明提供了一種高粘結強度、高彈性、高穩定性、導離子的鋰離子電池的電極粘結劑及其制備方法。

為實現本發明的目的，采用以下技術方案予以實現：

一種鋰離子電池的電極粘結劑，所述電極粘結劑為ABA型三嵌段聚合物，兩端為聚丙烯酸類嵌段，中間為聚丙烯酸酯類嵌段；聚丙烯酸類嵌段由甲基丙烯酸單體和/或丙烯酸單體聚合而成，聚丙烯酸酯類嵌段由丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯中的一種或幾種聚合而成。