[发明专利]锂离子电池用耐高温、耐高电压、高负载粘合剂及应用该粘合剂的电池正极极片

说明书

本发明提供了锂离子电池用耐高温、耐高电压、高负载粘合剂及应用该粘合剂的电池正极极片，属于电极材料制备方法技术领域。本发明通过控制分子链中醚键数量来调控聚酰亚胺粘合剂分子链的刚柔性以提供锂离子电池用耐高温、耐高电压、高负载粘合剂。该粘合剂选用含醚键数量不同的二元胺和二元酸酐缩聚形成聚酰胺酸胶液，经热亚胺化处理后得到聚酰亚胺粘合剂。本发明的粘合剂，耐高温、耐高电压、粘结性能优异，应用此粘合剂的锂离子电池正极极片与传统粘合剂正极极片相比，可负载更多的活性物质，提高锂离子电池的放电比容量，极片耐高温及耐高电压性能也有明显提升，进而提升锂离子电池的循环性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及电极材料制备方法技术领域，尤其涉及锂离子电池用耐高温、耐高电压、高负载粘合剂及应用该粘合剂的电池正极极片。

背景技术

伴随着大量可再生资源的产出，能量的储存问题显得尤为重要。作为重要储能器件之一的锂离子电池由于体积小易携带、高能量密度、高比容量等优点，被广泛应用于智能便携电子设备、混合动力汽车、航空航天、军事工业等领域。在未来，随着对储能器件的要求进一步提高，锂离子电池也将向低成本、高能量密度、高安全性能等方向发展。

锂离子电池一般由正极、隔膜、负极、有机电解液和电池外壳组成，而作为重要组成部分之一的锂离子电池正极一般由活性物质、导电剂、粘合剂和集流体组成。粘合剂作为以锂离子电池电极的重要组成部分之一，虽然用量极少，但却发挥着不可忽视的作用。除了将活性材料、导电炭黑和集流体连接在一起之外，还具有抑制电极体积膨胀、有效阻止活性材料与电解液之间的副反应等作用。目前的粘合剂虽然具有成本低等优点，但其耐热性能差，在电池长期使用过程中，电池内部温度升高，粘合剂降解，产生一定的安全问题。除此之外，也存在粘合剂粘结性差的问题，反复充放电循环后会出现活性物质与集流体连接失效、无法有效抑制电极体积膨胀等问题，使锂离子电池寿命缩短、容量降低等。

专利CN105810948B(申请号201610357753.7)提供了一种新型锂离子电池粘合剂，该粘合剂组分包括2-氰基丙烯酸乙酯、氰乙基乙二胺、柠檬酸、聚乙烯亚胺、改性聚丙烯酸酯混合物、偶联剂和引发剂，具有良好的使用性能，进一步满足了使用需求。但是，合成该粘合剂所使用的单体大部分为脂肪族单体，耐热性能和耐高电压性能都有待提高。专利CN111500228A(申请号202010542779.5)提供了一种同时包含亲水单元和疏水单元的聚合物粘合剂，该粘合剂用量在1.5～2wt％时，提高粘结力的同时提升活性材料占比，进而提高电池的能量密度。该粘合剂所用溶剂为水，应用在负极极片中能有效提高粘结性能和电化学性能，但无法应用于正极极片中，这是由于正极极片中的活性物质对水比较敏感，吸水后导致电池容量和循环性能的下降。所以需要开发新型耐高温、耐高电压、高负载锂离子电池粘合剂。

为此，本发明提出采用柔性不同的聚酰亚胺粘合剂作为锂离子电池正极粘合剂，聚酰亚胺本身具有优异的耐腐蚀老化性能，可以在反复地充放电过程中保持原有的结构，有效将活性材料、导电炭黑和集流体连接在一起。通过控制醚键的数量来调控聚酰亚胺体系的刚柔性。在过充条件下，电池内部会发生一系列的反应，电解液等材料会产生气体，进一步产生热量，引发电池的热失控，严重情况下还会导致起火爆炸等现象。含有较少醚键的刚性聚酰亚胺粘合剂具有优异的耐热性能，可有效抑制这些现象的产生，从而提高锂离子电池的耐热性能和使用寿命。含有较多醚键的柔性聚酰亚胺粘合剂由于分子链柔性较大，具有较好的回弹性能和拉伸性能，在活性材料体积膨胀过程中可以起到有效地抑制作用，维持活性材料、导电炭黑与集流体的连接，进而减缓电池的容量衰减，提高使用寿命。

发明内容

锂离子电池用耐高温、耐高电压、高负载粘合剂，其特征在于，所述粘合剂为聚酰亚胺粘合剂，所述聚酰亚胺粘合剂通过至少两种柔性不同的二元酸酐和至少一种二元胺经缩聚形成聚酰胺酸胶液，后经热亚胺化后得到；所述柔性不同的二元酸酐的摩尔比为9:1-1:9；所述聚酰胺酸胶液的重均分子量为1.50×105～3.00×105g/mol，特性黏度为1.01～4.20dL/g。