[发明专利]一种磺化聚酰亚胺粘结剂、电极片及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种磺化聚酰亚胺粘结剂及其制备方法，以及以磺化聚酰亚胺为粘结剂的锂离子电池电极片和锂离子电池。本发明中磺化聚酰亚胺粘结剂以聚酰亚胺为骨架，具有较强的机械性能，提高了粘合剂的拉伸强度，有效抑制了粘结剂与活性材料颗粒之间的滑移，使得在多次的收缩膨胀循环中不致脱离，同时引入磺酸根等基团，提高了离子传导性，使锂离子电池性能增强，满充极片膨胀率有明显的下降，首次充放电效率大于80％。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种磺化聚酰亚胺粘结剂、电极片及锂离子电池。

背景技术

近年来，由于传统能源的日益枯竭，对新型能源的渴求日益增长，尤其汽车、电子等行业迅猛发展，锂离子电池由于其高密度、循环寿命长、环境友好、价格低廉等受到了市场的青睐。然而由于产品的更新换代、技术革新等，现有的锂离子电池越来越难满足市场需求。为此，科研人员不断寻求途径提高现有的锂电池的性能。很多科研工作者将目光聚焦在负极材料的性能提升上，由于传统的石墨负极理论容量仅为372mAh/g，而硅材料理论容量可以达到十倍之多，但硅材料体积膨胀性差，在充放电的过程中易粉化，导致电池寿命短，性能稳定性差等。在此情况下，科研工作者采用了硅碳复合材料作为负极材料，电池的性能得到了提升。在硅碳复合材料的使用过程中，极粘结剂对于抑制硅材料的膨胀粉化，改善电池性能起着相当重要的作用。

目前较常使用的粘结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等，PVDF粘结剂容易在电解液中发生溶胀而不能很好的保持合金颗粒之间的电接触，导致电极失效，循环容量急剧下降。PTFE具有较好的稳定性，由于其结构的限制，导致内阻较大，严重影响电池的性能。因此，开发一种抗膨胀能力和离子传导能力强的粘结剂具有重要的意义，将会产生非常可观的效益。

发明内容

本发明提出了一种磺化聚酰亚胺粘结剂，以聚酰亚胺为骨架，具有较强的机械性能，提高了粘合剂的拉伸强度，有效抑制了粘结剂与活性材料颗粒之间的滑移，使得在多次的收缩膨胀循环中不致脱离，同时引入磺酸根等基团，提高了离子传导性，使锂离子电池性能增强。

本发明提出的一种磺化聚酰亚胺粘结剂，所述粘结剂的通式如式1所示：

其中，m为50到1000的任意整数，且重均分子量大于10000。

优选地，Ar₁为

优选地，Ar₂为

本发明提出的一种所述的磺化聚酰亚胺粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、在氮气保护下，将有机碱、磺化二胺溶于有机溶剂中，然后加入二酐，搅拌反应2-10h，得到磺化聚酰胺溶液；

S2、将步骤S1中得到的磺化聚酰胺溶液加热到170-190℃，恒温反应6-18h，进行亚胺化，冷却至室温，加入不良溶剂析出沉淀，过滤，取沉淀用不良溶剂洗涤，经酸中和处理得到磺化聚酰亚胺粘结剂。

优选地，步骤S1中，有机碱为三乙胺或咪唑；磺化二胺中的磺酸基团与有机碱的物质的量比为1：1。

优选地，步骤S1中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、间甲酚、对氯酚中的一种或两种以上混合物。

优选地，磺化聚酰胺溶液的固含量为8-12wt％。

优选地，磺化聚酰胺溶液的固含量为10wt％。

优选地，步骤S2中，不良溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、2-丁醇、环戊醇、环己醇或苯酚。

优选地，不良溶剂为异丙醇、2-丁醇、苯酚、环戊醇、环己醇。