[发明专利]一种电极材料组合物、电极极片及其应用

说明书

本发明提供一种电极材料组合物、电极极片及其应用，所述电极材料组合物以质量份计包括如下组分：活性材料90‑98份，导电剂0.5‑5.0份，粘结剂0.5‑5.0份，有机硅改性丙烯酸酯类聚合物0.01‑5.00份，硅氧烷偶联剂0.01‑3.00份。本发明采用特定的有机硅改性丙烯酸酯类聚合物和硅氧烷偶联剂作为阻水添加剂，通过二者的设计及组分之间的复配协同作用，提升电极极片的疏水性，降低电极极片的吸水性和水含量，延长储存时间；同时，组分之间发生化学交联作用，加强组分之间及其与集流体之间的作用力，从而提高电极极片的粘结力和剥离强度，抑制电极极片开裂，使包含其的锂离子电池具有更低的内阻和优异的循环性能。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种电极材料组合物、电极极片及其应用。

背景技术

锂离子二次电池作为一种清洁能源，广泛应用于数码产品、电动汽车及储能等领域。锂离子二次电池主要通过Li⁺在正极和负极中循环往复脱嵌而实现充放电功能；充电时，Li⁺从正极脱出，经过电解液及隔膜的孔隙嵌入负极；放电过程则与充电过程相反。因此，锂离子二次电池的正负极材料、电解液、隔膜等对电池的量、循环以及电池的安全性能起着至关重要的作用。

锂离子二次电池的电芯对电池性能的影响巨大，电芯需要具有极低的水含量；由于锂离子二次电极极片吸水过多、水含量升高，会导致粘结力大幅度衰减，而且电极极片膨胀过大，入壳困难，导致优率下降。因此，电芯在组装前通常需要10-20h的高温backing时间，制造成本高，效率低，而且长时间高温烘烤容易使隔膜产生收缩或闭孔，降低电芯安全性。此外，锂离子二次电极极片涂层往往使用带有亲水性官能团的材料作为粘结剂或添加剂，例如负极浆料通常使用羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯胶乳(SBR)搭配使用作为负极材料粘结剂，从而带来极片吸水的问题。尽管极片吸水对锂离子二次电池的性能具有严重的负面影响，但目前关于锂离子二次电极极片水含量降低的研究鲜有报道，多数是在锂离子二次电池加工工序或后端干燥工序进行优化。

CN112984963A公开了一种可提高电芯一致性的锂离子电芯干燥方法，采用冷冻除水的方法代替传统的高温干燥法，步骤如下：(1)预冷，以0.2±0.05℃/min的降温速率，将电芯降温到0±5℃，保温；再以1±0.05℃/min的降温速率将电芯降温到-30±5℃，保温；(2)抽真空至＜200Pa；(3)升华干燥，先以0.2±0.05℃/min的升温速率，将电芯升温到-15±5℃，保温；再以1±0.05℃/min的升温速率，将电芯升温到0±5℃，保温；(4)解析干燥，以1±0.05℃/min的升温速率将电芯升温到20±5℃，保温；再以1±0.05℃/min的升温速率将电芯升温到45±5℃，保温。该方法与传统的高温干燥法相比，干燥时间缩短，但受限于干燥设备，很难大规模应用。

CN114335769A公开了一种电芯的化成陈化方法，包括以下步骤：首先对静置后的电芯进行负压加压处理，对电芯进行多次恒流充电-静置处理，得到完成化成的电芯；再将其依次进行40-50℃的静置和70-80℃的静置，得到完成化成陈化的电芯。该化成陈化方法让电芯中多余的水分在陈化过程中就反应掉，有效降低电芯水分含量，避免电芯成品后引发更多副反应，提高电芯的高温存储和循环性能，该方法步骤繁琐且效率仍然很低，电芯水分的控制仍然很严苛。

总体而言，目前行业内对电芯含水量的控制都是从工序端进行优化，存在步骤繁琐、耗时长、成本高、量产困难、除水效果不佳等问题，未发现有从材料端进行吸水/含水性改善的报道。因此，开发一种能够从材料端、从根本上降低电极极片和电芯含水率的解决方案，是本领域的研究重点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电极材料组合物、电极极片及其应用，通过有机硅改性丙烯酸酯类聚合物和硅氧烷偶联剂的设计与相互复配，使其作为阻水添加剂，能够显著提升电极极片的疏水性，降低电极极片吸水性和水含量，延长储存时间，并能够有效改善电极极片的粘结力和剥离强度。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：