[发明专利]一种锂离子电池正极浆料及其水性聚氨酯/聚苯胺粘接剂

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极浆料用水性聚氨酯/聚苯胺粘接剂，锂离子电池正极浆料及其制备方法，锂离子电池正极极片及其制备方法，以及扣式锂离子电池。

背景技术

现有锂离子电池正极浆料用粘接剂以聚偏氟乙烯(PVDF)最为常用。但是，PVDF的使用需要大量有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)等，污染较大；而且由于油系粘接剂粘结牢度差，抗疲劳强度小，柔韧度较差，导致辊压过的极片在分切和转序过程中存在极片边缘脱粉现象，造成电芯卷绕短路率以及后续微短路率大幅度上升。如提高油性粘接剂用量以提高粘接性，又会导致浆料中磷酸铁锂活性物质含量少，造成同种电池容量小或是同容量电池体积大。

水性聚氨酯具有无污染，粘接强度大，韧性好等优点，可用作锂离子电池的粘接剂。专利CN 1847353A公开了一种锂离子电池用水性聚氨酯粘接剂，该粘接剂的分散剂至少有一个能够分解成阳离子或阴离子的基团，这样得到的水性聚氨酯是离子型，当遇到正极磷酸铁锂等无机盐时会破乳，造成正极浆料不稳定，并且该粘接剂需该要经过氮吡啶，噁唑啉等交联剂来硬化已达到增加弹性的目的，而在正极材料中粘接剂组分的含量较小，反应程度低，并且氮吡啶，噁唑啉毒性较大。专利CN 101007933A公开了双键交联的聚氨酯粘合剂，粘接剂中包含至少一个双键的聚氨酯化合物，使用前还需要通过交联剂或者水溶性引发剂进一步聚合方可使用，较为繁琐。但是水性聚氨酯粘接剂的使用使得正负极材料的导电性降低，电池内阻增大，电池性能下降。

聚苯胺(PANI)是一种导电聚合物，亦可用作锂离子电池的粘接剂。专利CN 104716325A公开了聚苯胺用作锂离子电池正极材料的粘接剂，达到了优化比功率或功率密度和比能量或能量密度的目的。但是聚苯胺在作为粘接剂时仍需要大量的有机溶剂，如N-甲基吡咯烷酮，对环境污染大，费用也高；并且单一聚苯胺虽然具备一定粘接性能，但难以满足粘接效果，而且聚苯胺是一种刚性聚合物，柔顺性差，这些都不利于电池的稳定性和安全性。

目前关于电池正极材料的粘接剂研究较少，虽然粘接剂的用量少，但是所起的作用不可忽视，而且现有电池粘接剂存在污染严重、粘接性差、阻抗大、比能量低等技术问题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池正极浆料用水性聚氨酯/聚苯胺粘接剂，环保性好，具有高韧性和优异的粘接性，阻抗小，通过锂离子电池正极浆料用水性聚氨酯/聚苯胺粘接剂制得的扣式电池较现有技术，电池容量更大，循环和倍率性能更好。

本发明提出的一种锂离子电池正极浆料用水性聚氨酯/聚苯胺粘接剂，其原料包括：水性聚氨酯乳液和水性聚苯胺乳液。

优选地，水性聚氨酯乳液中不挥发物与水性聚苯胺乳液中不挥发物的重量比为20～90：10～80。

优选地，水性聚氨酯乳液的固含量为32～38wt％，优选为35wt％。

优选地，水性聚氨酯乳液包括非离子型水性聚氨酯。

优选地，非离子型水性聚氨酯的结构式如式(I)，

其中，R₁的结构式如式(II)，

R₂的结构式如式(III)，

其中n＝22～47；

R₃的结构式如式(IV)，

其中m＝22～31。

优选地，水性聚苯胺乳液的固含量为6～8wt％，优选为7.2wt％。

优选地，水性聚苯胺乳液包括磷酸酯掺杂水性聚苯胺。

优选地，磷酸酯掺杂水性聚苯胺的结构式如式(V)，

其中，y＝0～1，p＝1～600。

该粘接剂以水为分散介质，稳定性好、不含挥发性有机化合物(VOC)，制得的胶膜断裂伸长率为500～1100％，拉伸强度为5～25MPa。

本发明还提出的一种锂离子电池正极浆料，其原料按重量份包括：上述锂离子电池正极浆料用水性聚氨酯/聚苯胺粘接剂10～55份，磷酸铁锂30～55份，导电剂2～10份，水性润湿剂0.3～0.8份，水性消泡剂0.2～0.6份，水性防沉剂0.3～0.8份，去离子水1.4～43份。

优选地，磷酸铁锂为橄榄石结构。

优选地，导电剂为导电炭黑和/或乙炔黑。