[发明专利]一种锂离子电池用耐高温粘合剂及应用该粘合剂的电池极片

说明书

一种锂离子电池用耐高温粘合剂及应用该粘合剂的电池极片。通过添加一定比例的含有功能性基团的二元胺和二元酸酐进行溶液缩聚，制得具有一定浓度的聚酰亚胺前驱体‑聚酰胺酸溶液，将其与活性物质、导电剂混合均匀，涂敷于集流体表面，再进行程序升温热处理，使聚酰胺酸发生热酰亚胺环化反应形成聚酰亚胺，制得以聚酰亚胺为粘合剂的锂离子电池极片。本发明所制得的含有功能性基团的聚酰亚胺粘合剂耐高温性能优异，化学稳定性好，可通过调控功能性官能团种类及比例，增加柔性链段以提高聚酰亚胺粘合剂的粘结强度，保证极片可在高温下干燥除水，提高电池的循环性能和安全性能，在耐高温和高安全性高比能锂离子电池领域应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用耐高温粘合剂及应用该粘合剂的电池极片。

背景技术

锂离子电池凭借其环境友好、循环寿命长等优势已经广泛应用在PC、手机、AV设备等小型电子器件中。另外，锂离子电池开始朝着大容量和高比能方向发展，应用范围涉及电动汽车、无人机、智能电网及航天航空等领域，所以设计高能量密度、高电压、高安全性的锂离子电池成为重中之重。

锂离子电池由正极、隔膜、电解质及负极等部件构成，正负极是由粉状活性物质(如锂金属氧化物、碳素负极材料)、导电剂、电极集流体及粘合剂组成。作为粘合剂，使用偏氟乙烯的均聚物或者共聚物等氟系树脂，丙烯酸系共聚物或者丁苯橡胶类。

然而，现有的粘合剂粘结性差，使得正负极活性物质、导电剂及电极集流体之间的连接性较弱，形成的电极结构稳定性差，从而造成电池容量的衰减。并且，锂离子电池的高电压化及高能量化要求电位较高的正极活性物质，通常现有的粘合剂的抗氧化还原能力差，随着反复的充放电，粘合剂发生分解，正极活性物质脱落，从而出现容量降低的问题。此外，现有的粘合剂在高温下发生降解，容易引发安全问题。

为了解决这些问题，专利CN108432005A(申请号201680073683.0)提供了一种抗氧化性优异的正极粘合剂组合物，该组合物是以丙烯腈为主成分的单体与聚乙烯醇进行共聚的接枝共聚物。该粘合剂与正极各组分之间的粘结性良好，且具有较好的抗氧化性，能够与高电位的正极活性物质相匹配。专利CN103351448A(申请号201310268867.0)采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐、衣康酸盐、衣康酸二甲酯、顺丁烯二酸酐和富马酸盐等为聚合起始单体，以羧甲基纤维素盐为助剂，在过硫酸盐热自由基引发的条件下聚合，制得具有耐高温性能的水性电极粘合剂。水性粘合剂的分散性能差，导致活性物质沉积，影响电池的电化学性能。动力锂离子电池在大功率充放电过程中，电池局部温度达到80～100℃，偶尔还会有150℃热冲击，这对于电池体系的要求更高。以上所述材料中，丙烯腈及丙烯酰胺类共聚物的耐温性能还达不到以上温度的要求，因而需要采用耐高温的高分子材料来开发制备耐高温的锂离子正极粘合剂。

为此，本发明提出采用含有功能化基团的聚酰亚胺粘合剂作为锂离子电池电极粘合剂。含有功能化基团的聚酰亚胺粘合剂继承了聚酰亚胺优异的耐高低温性能及化学稳定性。优异的耐热性能可以保持正极极片在高温下的结构稳定性，实现正极极片在更高温度下的干燥，最高温度可达到350℃，极大地降低正极材料的水含量，从而提高锂离子电池的循环性能。此外，含有功能化基团的聚酰亚胺良好的化学稳定性使得聚酰亚胺粘合剂不易被氧化或还原，不与活性物质、电解液及其他物质发生副反应，保障正极的电化学稳定性。聚酰亚胺分子结构中的酰亚胺基团使该粘合剂具有更高的抗拉强度和弹性复原能力，可有效适应电极的收缩和膨胀，保证了电极在循环过程中的结构完整性和稳定性。而且基于聚酰亚胺分子结构的可设计性，将羧基、羟基等功能性基团引入分子骨架中，调整分子链的柔性，增加聚酰亚胺粘合剂的粘结强度，确保活性材料不脱落，从而提高正极材料的稳定性和电池的循环寿命。

发明内容

一种锂离子电池用正极耐高温粘合剂，其特征在于，所述粘合剂包括含有功能性基团的聚酰亚胺，其中功能性基团选自-OH、-COOH中的一种或两种，其中功能性基团来自含有功能性基团的二元胺，所述含有功能性基团的二元胺占所有二元胺的摩尔比为3～85％。