[發明專利]一種水系復合粘結劑及其應用方法

在審

• 申請號: 202211487288.0
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115714180A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 李建玲;趙明亮;鐘健健;魏志成;秦祿
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及鋰離子固態電池技術領域，尤其涉及一種水系復合粘結劑及其應用。本發明水系復合粘結劑由聚合物A和聚合物B按照特定比例混合而成；所述聚合物A為聚氧化乙烯(PEO)，分子式可表示為H?(?O?CH₂?CH₂?)_n?OH；所述聚合物B為羧甲基纖維素鋰(CMC?Li)，分子式可表示為[C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COOLi]_n；所述水系復合粘結劑應用于以磷酸鐵鋰為正極的聚合物基固態電池體系中表現出優異的倍率性能和循環穩定性；且該水系復合粘結劑兼具環境友好、成本低廉的優勢。

技術領域

本發明屬于固態鋰離子電池領域，具體涉及一種水系復合粘結劑及其在以磷酸鐵鋰為正極材料的聚合物基固態鋰離子電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池憑借高容量、高工作電壓、良好的循環性以及無記憶效應等優點成為電化學儲能中重要的儲能產品，并在近年的電動汽車領域中大放異彩。隨著電動汽車的全面推廣，交通運輸產業對電動汽車的續航里程和安全性能提出了更高的要求。目前主流的鋰離子電池由于包含有機電解液組分可進一步歸類為鋰離子液態電池。然而，鋰離子電池中的電解液普遍具有高度可燃性，其在電池發生熱失控后極易引發電池起火、爆炸等安全事故。另一方面，傳統液態鋰離子電池的理論能量密度約為300Wh/kg，且實際能量密度距理論值仍有差距，難以為電動汽車提供接近燃油車所具備的巡航里程。固態鋰電池的出現為解決鋰電池能量密度和安全性問題提供了新的思路。

固態鋰離子電池以固態電解質代替傳統有機電解液，大大提升了電池的安全性與能量密度。且固態鋰離子電池有望搭載鋰金屬作為負極材料，將電池的理論能量密度提升到700Wh/kg，是鋰離子液態電池的兩倍多。但目前固態電池所存在的一些性能缺陷限制了其大規模商業化應用，其中最為突出的即為固態電池的倍率性能很低。由于固態電解質普遍表現出的低鋰離子電導率，在電池充放過程中，隨著充放電流的逐漸加大，固態電池的容量將發生明顯下降。

傳統鋰離子電池所用正極粘結劑普遍為聚偏二氟乙烯(PVDF)，其兼具高電化學穩定性、電壓窗口大、高機械強度等優點。到目前為止，PVDF已被認為是各種電池技術中最主流的粘結劑。然而，PVDF存在的部分缺陷在固態鋰電池中表現得尤為突出，其中之一即為PVDF粘結劑的絕緣特性限制了鋰離子和電子的傳輸，從而降低了電極動力學速率。因此，為了提高固態鋰電池的性能，推動固態電池的產業化進程，急需開發與之相匹配的粘結劑體系。

發明內容

針對現有技術存在的性能缺陷，本發明提供了一種水系復合粘結劑，用于提高以磷酸鐵鋰為正極材料的固態鋰離子電池或固態鋰金屬電池的倍率性能和循環穩定性。

為實現上述目的，其具體的技術方法如下：

一種水系復合粘結劑，應用于以磷酸鐵鋰為正極的聚合物基固態電池體系中，其特征在于，所述粘結劑由聚合物A和聚合物B混合而成；所述聚合物A為聚氧化乙烯(PEO)，分子式表示為H-(-O-CH₂-CH₂-)n-OH；所述聚合物B為羧甲基纖維素鋰(CMC-Li)，分子式表示為[C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COOLi]_n。

進一步地，所述聚合物A在復合粘結劑中的質量比為20％～80％，所述聚合物B在復合粘結劑中的質量比為20％～80％。所述聚氧化乙烯與羧甲基纖維素鋰的質量比優選為7∶3。

一種如上所述的水系復合粘結劑的應用方法，所述粘結劑用于制備鋰離子電池正極電極片，包括以下步驟：

(1)將所述聚合物A與聚合物B混合，并分散于去離子水中形成均勻溶液；