[發(fā)明專利]一種固態(tài)鋰電池用復(fù)合粘結(jié)劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811602201.3
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109860595B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王磊;桑林;丁飛;劉興江;姜明序;林君毅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052;C09J127/16;C09J11/04
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

本發(fā)明公開了一種固態(tài)鋰電池用復(fù)合粘結(jié)劑及其制備方法，復(fù)合物粘結(jié)劑由高分子聚合物、鋰鹽和無機(jī)陶瓷快離子導(dǎo)體組成，制備方法是用有機(jī)溶劑溶解高分子聚合物、鋰鹽和無機(jī)陶瓷快離子導(dǎo)體，在一定溫度和攪拌條件下，生成一種絡(luò)合了鋰鹽和無機(jī)快離子導(dǎo)體的有機(jī)?無機(jī)復(fù)合粘結(jié)劑。該粘結(jié)劑具有較強(qiáng)的粘結(jié)力和附著力，同時具有較高的離子電導(dǎo)率，用于固態(tài)鋰電池正負(fù)極極片制備，可降低極片內(nèi)阻，提高固態(tài)鋰電池的倍率性能和循環(huán)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電能源領(lǐng)域，具體涉及新能源鋰電池領(lǐng)域，特別是涉及一種固態(tài)鋰電池用粘結(jié)劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，低碳環(huán)保的新能源產(chǎn)業(yè)越來越得到人們的重視，其中鋰電池特別是固態(tài)鋰電池是近年來新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個熱點(diǎn)。固態(tài)鋰電池是由固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)，因此與傳統(tǒng)鋰電池相比具有更高的能量密度、循環(huán)壽命更長、安全性更高等優(yōu)點(diǎn)。但固態(tài)鋰電池內(nèi)部由于都是固-固界面接觸，接觸不緊密導(dǎo)致電池內(nèi)阻較大，比如電極與固態(tài)電解質(zhì)界面。另外，在電極內(nèi)部電池材料之間也是固-固接觸界面，而常規(guī)粘結(jié)劑如聚偏氟乙烯(PVDF)只起到粘結(jié)電池材料成為一個整體的作用，并不能對離子傳導(dǎo)做出貢獻(xiàn)，這使得電極內(nèi)部離子輸運(yùn)較為困難，影響電池容量發(fā)揮和倍率性能，限制了固態(tài)鋰電池在新能源汽車、便攜式3C等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

目前也有研究采用聚氧化乙烯(PEO)作為電極的粘結(jié)劑，并在電極中加入鋰鹽，PEO和鋰鹽絡(luò)合成為導(dǎo)電聚合物。采用PEO為粘結(jié)劑可以提高電極材料的離子電導(dǎo)率，優(yōu)化電極與電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性。但PEO不能應(yīng)用于高電壓的正極材料，如高鎳三元材料等，只能用于磷酸鐵鋰電池中，因此對于研制高比能的固態(tài)鋰電池是不利的。另外PEO做粘結(jié)劑粘結(jié)力較弱，與集流體的附著力也較差，造成電池材料在電池制備過程中易于脫落，因此，PEO做粘結(jié)劑也不是固態(tài)鋰電池粘結(jié)劑的理想解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種兼具離子電導(dǎo)能力、穩(wěn)定的電化學(xué)性質(zhì)和較強(qiáng)粘結(jié)力的固態(tài)鋰電池用復(fù)合粘結(jié)劑及其制備方法，復(fù)合粘結(jié)劑不僅具有良好的粘結(jié)力，保證了電極極片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且具有較高的離子導(dǎo)電能力，同時電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可應(yīng)用于多種不同的正負(fù)極材料。應(yīng)用本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑可降低固態(tài)鋰電池內(nèi)阻，提高倍率性能和循環(huán)壽命。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種固態(tài)鋰電池用復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將高分子聚合物溶于有機(jī)溶劑中，在加熱和攪拌的條件下使聚合物完全溶解于溶劑中，高分子聚合物質(zhì)量占膠液總質(zhì)量的1％-20％，加熱溫度范圍為20℃-80℃；

步驟2：在步驟1形成的均勻溶液中加入鋰鹽，并攪拌0.5h-3h，使鋰鹽完全溶解于溶液中，鋰鹽質(zhì)量占膠液總質(zhì)量的1％-20％；

步驟3：在步驟3的基礎(chǔ)上加入無機(jī)陶瓷快離子導(dǎo)體，使用攪拌或超聲分散方法使無機(jī)陶瓷顆粒均勻分散在膠液中，無機(jī)陶瓷快離子導(dǎo)體的質(zhì)量占膠液總質(zhì)量的0.5％-10％；

步驟4：將通過前3個步驟得到的混合溶液進(jìn)行攪拌或超聲分散，同時進(jìn)行加熱，加熱時間為2h-24h，加熱溫度為20℃-80℃，當(dāng)混合溶液顏色由灰白色變?yōu)榧t棕色，溶液濃度和粘稠度由開始時的較小增加到較大的粘度和濃度時，復(fù)合粘結(jié)劑膠液制備完成。

所述高分子聚合物為聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯PVDF-CTFE中的一種或幾種組成的混合物。

所述鋰鹽為LiPF₆、LiClO₄、LiTFSI、LiFSI、LiAsF₆、LiBOB中一種或幾種組成的混合物。

所述無機(jī)陶瓷快離子導(dǎo)體為LATP、LAGP、LLZO、LLZTO、LLTO等一種幾種組成的混合物。