[发明专利]锂离子电池正极用导电粘结剂、锂离子电池正极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极用粘结剂，使用该粘结剂的锂离子电池正极及其制备方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，伴随着社会经济飞速发展，能源作为最基本的动力源得到了更加广泛的应用与需求。石油危机和环境污染是全球面临的两个巨大挑战，且形式日益严峻。燃油汽车是造成这两个问题的一个主要原因。纯电动汽车（EVs)和混合电动汽车(HEVs)具有不使用或使用少量燃油，几乎没有污染排放的突出优点，已成为替代传统燃油汽车的主要发展方向，受到世界各国的广泛关注与研发，而动力电池则是其中的一个关键研发部分。

锂离子电池以其比能量高、无记忆效应、储电量大、体积小、长循环寿命等优点成为新型电源技术研究的热点，在航空、航天、航海、通讯及电子产品领域得到广泛应用，近年来更是成为动力电池的主要选择。然而，锂离子电池作为动力电池在电动汽车中取得实际应用仍存在亟需解决的关键问题，例如安全性问题、大倍率充放电性能、循环寿命等。

粘结剂是锂离子电池正负极的重要组成部分，是一种用于将电极活性物质粘附在集流体上的高分子化合物。其主要作用是粘结和保持电极活性物质，稳定极片结构，以缓冲充放电过程中极片的膨胀/收缩。另外，粘结剂的性能，如粘结力、柔韧性、耐碱性、亲水性等，也直接影响着电池的性能。因此，在实际应用中，一般要求粘结剂的欧姆电阻小，在电解液中性能稳定、不膨胀、不松散、不脱粉，并且调整其添加量为最佳值时，可以获得较大的容量、较长的循环寿命和较低的内阻，对提高电池的循环性能、快速充放能力以及降低电池的内压等具有促进作用。

目前，应用于锂离子电池的粘结剂主要是有机氟聚合物，例如PVDF，该粘结剂具有较好的稳定性，对电极材料具有良好的粘附性，但是其离子电导率较低，从而引起电极材料内阻的增加，尤其是当锂离子电池在大电流充放电下，电解质盐极化增强，极化电阻增加，锂离子脱出受阻，放电电压迅速下降，从而限制了锂离子电池在大电流充放电下充放电容量的保持和能量密度的提高。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述目前应用于锂离子电池的粘结剂的不足，提供一种锂离子电池正极用导电粘结剂，该粘结剂不仅对电极材料具有良好的粘附性，而且其离子电导率高，因此能够改善电池在大电流充放电下容量及能量密度的提高。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种锂离子电池正极用导电粘结剂，该粘结剂中包括含氟磺酰亚胺锂离子聚合物，所述的含氟磺酰亚胺锂离子聚合物的结构式如下：

其中，R_f指代-C_mF_2m-或者-[CF₂CF₂]OCF₂CF₂-，m是1到40的整数，包括1和40；聚合度n为10到2000的整数，包括10和2000。

作为优选，所述的聚合度n为100到1500的整数，进一步优选为500到1000的整数。

为了进一步提高该粘结剂与电极材料的粘附性，所述的粘结剂中还包括作为现有粘结剂的有机氟聚合物，例如PVDF等。作为优选，所述的含氟磺酰亚胺锂离子聚合物与该有机氟聚合物的质量比为9:1～1:9，进一步优选为5:1～1:5，最优选为2:1～1:2。

本发明的锂离子电池正极用导电粘结剂可以将含氟磺酰亚胺离子聚合物经锂离子交换，得到含氟磺酰亚胺锂，然后在真空干燥箱中彻底干燥而得到。

其中，锂离子交换过程可以采用如下方法进行：

（1）将含氟磺酰亚胺离子聚合物经过氢离子交换，例如Nafion-H树脂离子交换等，然后再经LiOH水溶液中和而得到；

（2）将含氟磺酰亚胺离子聚合物与锂盐，例如LiClO₄、LiBF₄等混合，经复分解反应而完成锂离子交换。

作为优选，所述的干燥温度为60℃～120℃。

本发明还提供了一种使用上述粘结剂的锂离子电池正极，该正极包括基体材料层以及涂覆在该基体材料层表面的活性材料层，该活性材料层包括正极活性材料、导电剂和本发明提供的粘结剂。

所述的基体材料层不限，包括由集流体铝箔、聚吡咯等。

所述的正极活性材料不限，包括LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄，以及三元复合材料Li(NiCoMn)O₂等。