[发明专利]锂离子电池用聚酰胺酰亚胺粘结剂及电极极片

说明书

一种锂离子电池用聚酰胺酰亚胺粘结剂及电极极片，涉及锂离子电池材料领域。粘结剂中含有如下结构通式的聚酰胺酰亚胺共聚物：其中：n:m＝30:70～95:5；R₁为衍生自含2～16个碳原子的脂肪族氨基酸的单元；R₃为衍生自含4～24个碳原子的脂肪族二元羧酸的单元；R₂和R₄相同或不同，选自衍生自对苯二胺、间苯二胺、邻苯二胺等单元。电极极片包含：上述的粘结剂1～8份，电极活性材料92～99份。本发明的粘结剂具有较强的粘结强度和柔韧性，能保证所制得的电池极片的力学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，特别是涉及锂离子电池用聚酰胺酰亚胺粘结剂和电池极片。

背景技术

锂离子电池作为一种清洁能源，广泛地应用于各类电子设备和电动车等产品。作为锂电池组成材料的一员，电极粘结剂用量虽少，却保证了电极片良好的机械性和加工性，维持电极在充放电过程中导电网络的完整性，对锂离子电池电极的电化学性能有重要影响。

目前，锂离子电池中使用最广泛的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)和丙烯酸类聚合物(PAA)。然而，其存在一系列明显的不足。例如，PVDF的粘结作用力为主要来源于弱范德华力的界面作用，难以有效维持电极结构的完整，而且在充放电循环过程和高温工作中PVDF容易产生降解或其它副反应，造成电极塌陷。而PAA在常温下脆性较大，容易导致涂布极片开裂，加工性能差。

聚酰亚胺是一类高性能特种工程塑料，具有优秀的机械强度、相对较好的粘结性、突出的耐热性和耐化学腐蚀性能。因此，近年来将聚酰亚胺及其衍生物用作电极粘结剂的报道逐渐增多。已有专利申请201910004723.1公开了一种同时含有-SO₂-、-CF₃-、-CO-和-O-四种基团的锂离子电池正极用聚酰亚胺粘结剂，其不易随着电池充放电循环而降解且对电解液的浸润性好，所制备的锂离子电池阻抗低、电化学性能稳定。但其为全芳香结构，链段柔顺性较差，粘结剂与集流体之间的界面浸润程度低，导致其粘结性能较差；而且聚合物原材料成本高昂，难以实现产业化。专利申请201911152090.5公开一种含有聚酰胺酰亚胺化合物的电极粘结剂，可改善电池寿命和使用安全性，但因聚酰胺酰亚胺为全芳香结构，链段刚性高，影响与集流体间的粘附性；而且所使用的聚酰胺酰亚胺由聚酰胺-酰胺酸高温脱水制备，酰亚胺化可能不完全，造成在使用过程中聚酰胺酸关环脱出水分子，对粘结剂的粘着力不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用电极粘结剂，具有高的剥离强度和柔韧性。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池电极极片，可保持电池在循环充放电后的电极结构的完整，提高容量保持率，改善电池寿命和提高使用安全性。

本发明的目的可以这样实现，设计一种锂离子电池用聚酰胺酰亚胺粘结剂，按粘结剂总重量100份计，粘结剂中含有1～99份如下结构通式的聚酰胺酰亚胺共聚物：

其中：n和m表示聚合度，n:m＝30:70～95:5；R₁为衍生自含2～16个碳原子的脂肪族氨基酸的单元；R₃为衍生自含4～24个碳原子的脂肪族二元羧酸的单元；R₂和R₄相同或不同，选自衍生自对苯二胺、间苯二胺、邻苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯砜、4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基二苯甲酮、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯]丙烷、2,2’-双(三氟甲基)二氨基联苯、5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑的芳香族二元胺的单元；

聚酰胺酰亚胺共聚物的氨基含量为30～200mol/吨；羧基含量为30～300mol/吨。

更进一步地，聚酰胺酰亚胺共聚物的氨基含量为30～80mol/吨；羧基含量为50～120mol/吨。