[發(fā)明專利]一種用于固態(tài)鋰電池的復合粘結劑及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113793936B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 李晃林
• 申請（專利權）人: 廣州市樂基智能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/02;H01M10/052
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發(fā)明公開了一種用于固態(tài)電池的復合粘結劑制備方法和應用，所述復合粘結劑由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧乙烯(PEO)和交聯(lián)劑復合而成，所述的交聯(lián)劑為聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二縮水甘油醚、聚醚氨等中一種或多種。本發(fā)明通過對傳統(tǒng)的固態(tài)粘結劑PVDF進行補充，在PVDF中加入PEO與交聯(lián)劑制備出復合粘結劑，PEO提供鋰離子傳輸位點，交聯(lián)劑通過其特殊官能團增強PVDF與PEO相容性。此外，少量交聯(lián)劑加入并不會影響復合粘結劑的粘結性，仍能在循環(huán)后維持電極的完整結構。本發(fā)明所述復合粘結劑在三維多孔正極中構建連續(xù)導通鋰離子傳輸通道，有效減小固態(tài)電池固固接觸阻抗，并且制備過程簡單，原料價廉，具有很大的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種用于固態(tài)鋰電池的復合粘結劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著便攜式電子設備和電動汽車對高能量密度存儲系統(tǒng)的需求，鋰金屬由于其極高的理論容量(3060mAh/g¹)，最低的氧化還原電位(-3.04V?vs.SHE)和較低的密度(0.59g/cm³)，被視為鋰電池中最理想的陽極。但是，由于液態(tài)電解液的分解與不可控的鋰枝晶生長造成電池短路甚至熱失控，進而引發(fā)嚴重的安全問題，使得傳統(tǒng)的電解液與鋰金屬陽極無法匹配。因此，用固態(tài)電解質取代液體電解質被認為是最有希望從根本上消除安全隱患的方法。

然而，固體電解質和多孔正極有限的固固接觸使得固態(tài)電池內部阻抗急劇增大，進而造成電池容量不可逆衰減。鑒于此，構建連續(xù)導通的鋰離子傳輸通路于三維電極中有望減小固態(tài)電池正極內部離子傳輸阻抗，從而提升電池容量。粘結劑作為正極主要組成部分之一，其特性也對固態(tài)電池的性能有很大影響。作為主要的傳統(tǒng)粘結劑之一，PVDF由于其優(yōu)秀的粘結性，熱穩(wěn)定性和較寬的電化學窗口等優(yōu)點廣泛用于鋰電池中。但是，PVDF結晶度高，室溫下傳導鋰離子能力較差，因而無法在固態(tài)電池中有效發(fā)揮正極容量。針對PVDF粘結劑存在的這些問題，很多科研工作者對此做過改進，主要方法為取代PVDF為PEO作為粘結劑，或用聚合物電解質本身作為正極粘結劑。但PEO在高溫下機械性能較差，難以適應正極因離子脫嵌帶來的體積變化，從而導致電池容量的不可逆衰減。用聚合物固態(tài)電解質作為粘結劑雖然取得一定成效，但制備成本過高，制備過程較為復雜，實用性差，離工業(yè)化應用還存在一定距離。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足而提供一種復合粘結劑，通過對用于固態(tài)電池的傳統(tǒng)粘結劑PVDF進行補充，在PVDF中加入PEO和交聯(lián)劑制備復合粘結劑。該復合粘結劑能夠提高活性物質的利用率，進一步提升正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，從而使固態(tài)電池實用性得到提升，克服了目前PVDF粘結劑所存在的不足。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種用于固態(tài)電池的復合粘結劑，所述復合粘結劑由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧乙烯(PEO)和交聯(lián)劑復合而成，以所述復合粘結劑的總體質量為100％計，聚氧乙烯的質量分數(shù)為10％-50％，交聯(lián)劑為3％-8％，余量為聚偏氟乙烯。其中，交聯(lián)劑為聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二縮水甘油醚等中一種或多種。

本發(fā)明所述用于固態(tài)電池的復合粘結劑在應用時，以分散液的形式添加于正極材料中。應用方法如下：將復合粘結劑分散液和正極材料、導電劑混合，刮涂到鋁箔上，烘干，得到包含復合粘結劑的正極材料。

其中，復合粘結劑分散液由本發(fā)明所述復合粘結劑和溶劑N-甲基吡咯烷酮組成，具體制備方法如下：

S1、按如下質量百分比備料：聚氧乙烯的質量分數(shù)為10％-50％，交聯(lián)劑為3％-8％，余量為聚偏氟乙烯；

S2將PVDF加入N-甲基吡咯烷酮中，勻漿配制成均一穩(wěn)定的PVDF溶液；

S3、將PEO加入N-甲基吡咯烷酮中，勻漿配制成均一穩(wěn)定的PEO溶液；

S4、將S2所得PVDF溶液和S3所得PEO溶液和交聯(lián)劑攪拌均勻后，即得復合粘結劑分散液。