[發明專利]一種鋰電池用粘結劑及制備方法、電極片和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202010505572.0
• 申請日: 2020-06-05
• 公開（公告）號: CN111682212A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 李南文;許輝;張群
• 申請（專利權）人: 浙江中科玖源新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/133;H01M4/134;H01M10/0525;C08G65/40
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 胡亞云

本發明公開了一種鋰電池用粘結劑，其結構通式如式1所示。本發明還公開了一種鋰電池用粘結劑及制備方法、鋰電池用電極片和鋰離子電池。本發明以磺化聚芳醚酮聚合物作為粘結劑，能夠有效抑制硅碳負極材料的體積膨脹，同時芳香環上的磺酸根，導電性能強，提高了鋰離子傳導性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰電池用粘結劑及制備方法、電極片和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池自上世紀90年代被開發出來后，作為一種高效、綠色、環保的新能源得到了廣泛的應用，尤其是在電子產品和汽車工業上。隨著消費者對產品的期待越來越高，作為產品重要組成部分的鋰離子電池也向著更綠色、更高能、更輕型的方向發展。一般電池由正極、負極與電解質三部分組成。在正極和負極中都存在電極粘結劑，是電池中的重要輔材，雖然在電池中所占的比例很小，但是對電池的性能影響很大。電極粘結劑不僅是粘結活性材料和電解質，而且能夠耐受活性材料在充放電過程中的膨脹。尤其是當使用硅碳負極材料(比容量為碳負極材料的10倍)時，選擇合適的粘結劑從而有效抑制負極材料的膨脹及保證鋰離子的快速擴散顯得十分的重要。

鋰離子電池中電極漿料和電極的部分特性主要由粘結劑的特性決定。理想中的電極粘結劑應該具有溶解性良好、安全、粘結力強、電化學性質穩定、具有一定的柔韌性、導電性和導鋰離子能力強等特點。針對這種需求，開發出各種各樣的鋰電池用粘結劑，目前得到廣泛應用的主要有聚偏氟乙烯、丁苯橡膠乳液、羧甲基纖維素和聚丙烯酸等。這些粘結劑普遍或部分存在需要使用大量有機溶劑、價格昂貴、不易回收、粘結性能差、機械性能差、抗拉強度不高、導離子能力弱等缺陷，阻礙了鋰離子性能的進一步提升。在這種背景下，開發一種綜合性能優異，具有較強的粘附力，傳導鋰離子速度快、機械性能優異的粘結劑越來越重要。

發明內容

本發明提出了一種鋰離子電池用粘結劑，以磺化聚芳醚酮聚合物作為粘結劑，能夠有效抑制硅碳負極材料的體積膨脹，同時芳香環上的磺酸根，導電性能強，提高了鋰離子傳導性。

本發明提出的一種鋰電池用粘結劑，其結構通式如式1所示；

式1中，R₁為H或SO₃H，R₂為H或SO₃H，X為Ar為芳香二酚去掉兩個羥基的殘基；n≥0，m≥0，y＞0。

優選地，式1中Ar為

本申請提出了一種所述的鋰電池用粘結劑的制備方法，包括如下步驟：將聚芳醚酮與濃硫酸在40-60℃下反應，反應完成后將產物洗滌至中性，過濾，干燥得到鋰電池用粘結劑。

優選地，反應完成后將產物用去離子水洗滌至中性。

優選地，干燥溫度為100℃。

本申請還提出了一種所述的鋰電池用粘結劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將單體A、芳香二酚、二甲苯混合均勻，升溫至75-85℃，加入Na₂CO₃，繼續升溫至145-155℃產生共沸，分層后取有機層繼續回流10-30min，蒸出二甲苯，繼續升溫至250℃后恒溫反應2h，冷卻凝固后經粉碎、過濾、洗滌、干燥得到鋰電池用粘結劑。

優選地，反應結束后，將反應產物倒入冷水中冷卻凝固后粉碎、過濾，將濾渣用去離子水反復煮沸1小時，直到溶劑和副產物鹽全部去除。

優選地，單體A為：

芳香二酚為：

優選地，單體A和芳香二酚的物質的量比為1：1.01-1.03，Na₂CO₃的物質的量相對于單體A過量。