[發明專利]鋰離子電池用耐高溫、耐高電壓、高負載粘合劑及應用該粘合劑的電池正極極片

有效

• 申請號: 202110409467.1
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113214779B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 齊勝利;齊可心;王亞麗;董南希;田國峰;武德珍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: C09J179/08
• 分類號: C09J179/08;C08G73/10;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525
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本發明提供了鋰離子電池用耐高溫、耐高電壓、高負載粘合劑及應用該粘合劑的電池正極極片，屬于電極材料制備方法技術領域。本發明通過控制分子鏈中醚鍵數量來調控聚酰亞胺粘合劑分子鏈的剛柔性以提供鋰離子電池用耐高溫、耐高電壓、高負載粘合劑。該粘合劑選用含醚鍵數量不同的二元胺和二元酸酐縮聚形成聚酰胺酸膠液，經熱亞胺化處理后得到聚酰亞胺粘合劑。本發明的粘合劑，耐高溫、耐高電壓、粘結性能優異，應用此粘合劑的鋰離子電池正極極片與傳統粘合劑正極極片相比，可負載更多的活性物質，提高鋰離子電池的放電比容量，極片耐高溫及耐高電壓性能也有明顯提升，進而提升鋰離子電池的循環性能和使用壽命。

技術領域

本發明涉及電極材料制備方法技術領域，尤其涉及鋰離子電池用耐高溫、耐高電壓、高負載粘合劑及應用該粘合劑的電池正極極片。

背景技術

伴隨著大量可再生資源的產出，能量的儲存問題顯得尤為重要。作為重要儲能器件之一的鋰離子電池由于體積小易攜帶、高能量密度、高比容量等優點，被廣泛應用于智能便攜電子設備、混合動力汽車、航空航天、軍事工業等領域。在未來，隨著對儲能器件的要求進一步提高，鋰離子電池也將向低成本、高能量密度、高安全性能等方向發展。

鋰離子電池一般由正極、隔膜、負極、有機電解液和電池外殼組成，而作為重要組成部分之一的鋰離子電池正極一般由活性物質、導電劑、粘合劑和集流體組成。粘合劑作為以鋰離子電池電極的重要組成部分之一，雖然用量極少，但卻發揮著不可忽視的作用。除了將活性材料、導電炭黑和集流體連接在一起之外，還具有抑制電極體積膨脹、有效阻止活性材料與電解液之間的副反應等作用。目前的粘合劑雖然具有成本低等優點，但其耐熱性能差，在電池長期使用過程中，電池內部溫度升高，粘合劑降解，產生一定的安全問題。除此之外，也存在粘合劑粘結性差的問題，反復充放電循環后會出現活性物質與集流體連接失效、無法有效抑制電極體積膨脹等問題，使鋰離子電池壽命縮短、容量降低等。

專利CN105810948B(申請號201610357753.7)提供了一種新型鋰離子電池粘合劑，該粘合劑組分包括2-氰基丙烯酸乙酯、氰乙基乙二胺、檸檬酸、聚乙烯亞胺、改性聚丙烯酸酯混合物、偶聯劑和引發劑，具有良好的使用性能，進一步滿足了使用需求。但是，合成該粘合劑所使用的單體大部分為脂肪族單體，耐熱性能和耐高電壓性能都有待提高。專利CN111500228A(申請號202010542779.5)提供了一種同時包含親水單元和疏水單元的聚合物粘合劑，該粘合劑用量在1.5～2wt％時，提高粘結力的同時提升活性材料占比，進而提高電池的能量密度。該粘合劑所用溶劑為水，應用在負極極片中能有效提高粘結性能和電化學性能，但無法應用于正極極片中，這是由于正極極片中的活性物質對水比較敏感，吸水后導致電池容量和循環性能的下降。所以需要開發新型耐高溫、耐高電壓、高負載鋰離子電池粘合劑。

為此，本發明提出采用柔性不同的聚酰亞胺粘合劑作為鋰離子電池正極粘合劑，聚酰亞胺本身具有優異的耐腐蝕老化性能，可以在反復地充放電過程中保持原有的結構，有效將活性材料、導電炭黑和集流體連接在一起。通過控制醚鍵的數量來調控聚酰亞胺體系的剛柔性。在過充條件下，電池內部會發生一系列的反應，電解液等材料會產生氣體，進一步產生熱量，引發電池的熱失控，嚴重情況下還會導致起火爆炸等現象。含有較少醚鍵的剛性聚酰亞胺粘合劑具有優異的耐熱性能，可有效抑制這些現象的產生，從而提高鋰離子電池的耐熱性能和使用壽命。含有較多醚鍵的柔性聚酰亞胺粘合劑由于分子鏈柔性較大，具有較好的回彈性能和拉伸性能，在活性材料體積膨脹過程中可以起到有效地抑制作用，維持活性材料、導電炭黑與集流體的連接，進而減緩電池的容量衰減，提高使用壽命。

發明內容

鋰離子電池用耐高溫、耐高電壓、高負載粘合劑，其特征在于，所述粘合劑為聚酰亞胺粘合劑，所述聚酰亞胺粘合劑通過至少兩種柔性不同的二元酸酐和至少一種二元胺經縮聚形成聚酰胺酸膠液，后經熱亞胺化后得到；所述柔性不同的二元酸酐的摩爾比為9:1-1:9；所述聚酰胺酸膠液的重均分子量為1.50×105～3.00×105g/mol，特性黏度為1.01～4.20dL/g。