[發明專利]高穩定性鋰電池聚合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011063157.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112225841A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 景浩
• 申請（專利權）人: 氟金（上海）新材料有限公司
• 主分類號: C08F214/22
• 分類號: C08F214/22;C08F214/24;C08F220/04;H01M50/414;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙) 31298
• 代理人: 李凱利

一種高穩定性鋰電池聚合材料及其制備方法，所述聚合材料包括了聚偏氟乙烯結構單元、三氟氯乙烯結構單元和乙烯基碳酸鋰結構單元；制備方法包括：在反應裝置中，分別加入偏氟乙烯單體、三氟氯乙烯和乙烯基碳酸鋰單體以及引發劑，通過聚合反應法一步共聚而成。本發明保留了聚偏氟乙烯的優勢結構，保證了共聚物具有足夠的機械強度和熱穩定，并通過引入鋰離子高效傳輸結構單元、極性基團和大量超穩定結構單元，克服了現有PVDF作為聚合物鋰離子電池材料所存在的不足，優化了鋰離子的傳輸效率，提高了鋰電池的離子電導率，降低了電池在充電過程中的極化，提高了電池的充放電性能，為鋰電池的進一步開發應用提供了新的材料和方法。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子聚合物及其制備方法，尤其涉及一種高穩定性鋰電池聚合材料及其制備方法，屬于鋰離子聚合物電池生產制造技術領域。

背景技術

聚合物鋰離子電池具有體積小、重量輕、能量密度高、自放電小、無記憶效應、安全性能好、可制成任意形狀等特點，成為當今最為先進的可充電電池，目前，世界主要科技強國都在進行大力的研究和開發。

鋰聚合物電池主要由正極、負極以及隔離紙等構成，目前所開發的鋰聚合物電池中，高分子材料主要被應用于正極及電解質上。

高分子材料聚偏氟乙烯(英文簡稱：PVDF)是偏氟乙烯(英文簡稱：VDF)的均聚物，是一種熱塑性含氟聚合物，其分子鏈的重復單元為-CH₂-CF₂-基團的交替排列，分子鏈之間可以形成穩定牢固的結合，這種特殊的分子結構決定PVDF氟樹脂兼具含氟樹脂和通用樹脂的特性，具有良好的化學穩定性和熱穩定性，其優異的電化學性能現在已廣泛應用于鋰電池中用作正極材料、粘結劑、負極材料以及電池隔膜等。

由于鋰電池的工作過程可以看作是鋰離子在兩極之間的“往復運動”，因此，伴隨著鋰離子的循環嵌入和脫出，作為鋰電池使用的聚合物，人們對其材料的電導率、鋰離子遷移率和電化學穩定性方面有著更高的要求。

然而，由于聚偏氟乙烯是結晶性聚合物，結晶度在60～80％之間，介電常數和歐姆電阻高，結晶熔融溫度在140℃左右，因此，在電池通常的使用溫度下，純粹使用PVDF聚合物作為電池材料，其結晶性單元會阻礙電解液體中離子的傳輸，從而大大降低了離子的傳輸效率，嚴重影響了鋰電池的充放電性能。

此外，PVDF分子間較強的作用力使得聚合物內部自由體積較小，從而導致了其內部離子傳遞通道數量變少；

更為嚴重的是，PVDF聚合物較小的內部自由體積會減弱電解液的吸附能力，降低鋰離子“往復運動”的遷移率。

目前，針對鋰電池中PVDF存在的缺陷，現有技術主要通過共混方式引入含磺酸鋰組分這樣的導電劑來提高材料的離子傳輸性能，例如：

發明專利申請(申請號：201611173765.0)提供的《單離子凝膠聚合物電解質及其制備方法》；

發明專利申請(申請號：201611145093.2)提供的《一種鋰單離子導電固態聚合物電解質》等。

然而，導電劑的加入雖然能有效提高材料的電化學性能，但會降低PVDF與其他材料的相容性，減弱聚合物材料本身的粘結力以及粘結力的持久性，導致電極粘合劑層容易從集電體上部分或全部剝離，負荷特性變差，產生容量劣化等問題。

此外，也有相關技術利用共聚的方式在PVDF結構中引入磺酸鋰結構來提高離子傳導性能，如：

發明專利申請(申請號：02138204.2)提供的《固態鋰離子電池專用電解質膜制作工藝》。

但是，由于上述共聚過程中引入了大量的碳氫鍵(C-H)，其穩定性沒有PVDF結構中的碳氟鍵(C-F)高，因此，這種方式獲得的共聚物其化學穩定性等性能要低于PVDF均聚物相應的指標。