[发明专利]自愈型聚酰亚胺导电粘结剂及制备方法、电极片和锂电池

说明书

本发明涉及一种自愈型聚酰亚胺导电粘结剂及制备方法、电极片和锂电池。所述自愈型聚酰亚胺导电粘结剂的结构通式为：M:N＝5:1～1:5；聚合度M+N为100～5000的整数；R1、R3分别为两种二胺单体，R2为二酐单体；其中，R1具有含丰富氢键的柔性链段的二胺封端结构式，所述含丰富氢键的柔性链段具体包括：聚酯、聚酰胺、聚醚、聚硅氧烷和聚氨酯中的一种或多种；R3具有含可逆共价键自修复基团的二胺结构式，所述含可逆共价键自修复基团具体为含动态可逆共价键的二硫键或多硫键的官能团。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种自愈型聚酰亚胺导电粘结剂及制备方法、电极片和锂电池。

背景技术

随着电化学储能器件的快速发展，市场对锂离子电池的能量密度、循环寿命、能量效率、安全性等性能提出了更高要求。粘结剂作为电极材料中的非活性物质，在维持电极的机械完整性方面起着至关重要的作用，电池在高温环境下工作，粘结剂将在电解液中发生溶胀甚至溶解，难以保证其应有的粘结能力，导致电池失效，所以高温特种粘结剂的开发成为当前研究的热点。

并且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。粘结剂作为电极材料中的非活性物质，在优化锂离子电池电化学性能中起到了重要作用，对其结构合理的设计被认为是提升硅基负极循环稳定性最为有效的突破口之一。

聚酰亚胺(PI)因为其具有优异的力学性能、高的热稳定性、化学稳定性、附着力和低介电常数，可以作为硅基负极的有效粘结剂，抑制硅基负极的粉化，有效提高电池的循环寿命，增强循环稳定性，在新能源制造业、微电子和航空航天等领域的应用越来越受到重视。

目前，聚酰亚胺粘结剂在锂电池中的应用研究较为广泛，但其研究大多从聚酰亚胺良好的机械性、热稳定性以及粘结性为出发点，然而传统的聚酰亚胺分子中刚性结构较多，例如苯环，这会导致高聚物刚性较强，缺乏柔韧性，进而影响极片的开裂与粉化，最终发生剥离脱落。尤其是运用于硅基负极时，硅材料体积膨胀性差，不能抵御这种巨大的体积变化，电极充放电的过程中易粉化脱落；现有的常规高分子粘结剂在高温下性能表现差，导致电池寿命短，同时现有聚酰亚胺粘结剂在电极与锂离子结合能力、离子转移能力、电化学稳定性、热稳定性、电极对电解液的吸收能力以及柔韧性等方面存在某些方面的不足，倍率性能、循环稳定性等综合性能有待提高；所以需要开发一种既能耐高温，也能满足硅基材料高膨胀问题的粘结剂。

发明内容

本发明实施例针对目前应用于锂离子电池的粘结剂方面的不足，提供了一种自愈型聚酰亚胺导电粘结剂及制备方法、电极片和锂电池。本发明提供的粘结剂粘结力强，能够增强电极与锂离子结合能力、离子转移能力、电化学稳定性、热稳定性以及在有机溶剂中的溶解力，并提高电极对电解液的吸收，增加了极片的柔韧性，能够抵御充放电过程中活性物质的膨胀。本发明提供的自愈型聚酰亚胺导电粘结剂，不仅能够修复硅基负极膨胀引起的损伤，提高极片的柔软性和电池循环稳定性，更能够抵抗电解液的腐蚀保证了锂离子电池的循环稳定性和过充安全性。

第一方面，本发明实施例提供了一种自愈型聚酰亚胺导电粘结剂，结构通式为：M:N＝5:1～1:5；聚合度M+N为100～5000的整数；R1、R3分别为两种二胺单体，R2为二酐单体；

其中，R1具有含丰富氢键的柔性链段的二胺封端结构式，所述含丰富氢键的柔性链段具体包括：聚酯、聚酰胺、聚醚、聚硅氧烷和聚氨酯中的一种或多种；

R3具有含可逆共价键自修复基团的二胺结构式，所述含可逆共价键自修复基团具体为含动态可逆共价键的二硫键或多硫键的官能团。

优选的，所述R1包括：中的一种或多种，其中n为柔性链段的聚合度，n为1～500的整数；