[发明专利]一种水系复合粘结剂及其应用方法

说明书

本发明涉及锂离子固态电池技术领域，尤其涉及一种水系复合粘结剂及其应用。本发明水系复合粘结剂由聚合物A和聚合物B按照特定比例混合而成；所述聚合物A为聚氧化乙烯(PEO)，分子式可表示为H‑(‑O‑CH₂‑CH₂‑)_n‑OH；所述聚合物B为羧甲基纤维素锂(CMC‑Li)，分子式可表示为[C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COOLi]_n；所述水系复合粘结剂应用于以磷酸铁锂为正极的聚合物基固态电池体系中表现出优异的倍率性能和循环稳定性；且该水系复合粘结剂兼具环境友好、成本低廉的优势。

技术领域

本发明属于固态锂离子电池领域，具体涉及一种水系复合粘结剂及其在以磷酸铁锂为正极材料的聚合物基固态锂离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池凭借高容量、高工作电压、良好的循环性以及无记忆效应等优点成为电化学储能中重要的储能产品，并在近年的电动汽车领域中大放异彩。随着电动汽车的全面推广，交通运输产业对电动汽车的续航里程和安全性能提出了更高的要求。目前主流的锂离子电池由于包含有机电解液组分可进一步归类为锂离子液态电池。然而，锂离子电池中的电解液普遍具有高度可燃性，其在电池发生热失控后极易引发电池起火、爆炸等安全事故。另一方面，传统液态锂离子电池的理论能量密度约为300Wh/kg，且实际能量密度距理论值仍有差距，难以为电动汽车提供接近燃油车所具备的巡航里程。固态锂电池的出现为解决锂电池能量密度和安全性问题提供了新的思路。

固态锂离子电池以固态电解质代替传统有机电解液，大大提升了电池的安全性与能量密度。且固态锂离子电池有望搭载锂金属作为负极材料，将电池的理论能量密度提升到700Wh/kg，是锂离子液态电池的两倍多。但目前固态电池所存在的一些性能缺陷限制了其大规模商业化应用，其中最为突出的即为固态电池的倍率性能很低。由于固态电解质普遍表现出的低锂离子电导率，在电池充放过程中，随着充放电流的逐渐加大，固态电池的容量将发生明显下降。

传统锂离子电池所用正极粘结剂普遍为聚偏二氟乙烯(PVDF)，其兼具高电化学稳定性、电压窗口大、高机械强度等优点。到目前为止，PVDF已被认为是各种电池技术中最主流的粘结剂。然而，PVDF存在的部分缺陷在固态锂电池中表现得尤为突出，其中之一即为PVDF粘结剂的绝缘特性限制了锂离子和电子的传输，从而降低了电极动力学速率。因此，为了提高固态锂电池的性能，推动固态电池的产业化进程，急需开发与之相匹配的粘结剂体系。

发明内容

针对现有技术存在的性能缺陷，本发明提供了一种水系复合粘结剂，用于提高以磷酸铁锂为正极材料的固态锂离子电池或固态锂金属电池的倍率性能和循环稳定性。

为实现上述目的，其具体的技术方法如下：

一种水系复合粘结剂，应用于以磷酸铁锂为正极的聚合物基固态电池体系中，其特征在于，所述粘结剂由聚合物A和聚合物B混合而成；所述聚合物A为聚氧化乙烯(PEO)，分子式表示为H-(-O-CH₂-CH₂-)n-OH；所述聚合物B为羧甲基纤维素锂(CMC-Li)，分子式表示为[C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COOLi]_n。

进一步地，所述聚合物A在复合粘结剂中的质量比为20％～80％，所述聚合物B在复合粘结剂中的质量比为20％～80％。所述聚氧化乙烯与羧甲基纤维素锂的质量比优选为7∶3。

一种如上所述的水系复合粘结剂的应用方法，所述粘结剂用于制备锂离子电池正极电极片，包括以下步骤：

(1)将所述聚合物A与聚合物B混合，并分散于去离子水中形成均匀溶液；