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技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池正极用导电粘结剂，该粘结剂包括含氟磺酰亚胺锂离子聚合物。该导电粘结剂的离子聚合物主链含有-SO2N-Li+SO2-超强酸结构，能够有效解离出锂离子，一方面提高了锂离子电导率，另一方面提高了大电流充放电下的电池容量和电池充放电循环的倍率；同时，以该粘结剂作为正极粘结剂的锂离子电池的电化学性能稳定，不易随着电池充放电循环而降解，从而有效延长了电池使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于锂离子电池
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，Rf指代-CmF2m-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。本专利技术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℃。本专利技术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、导电剂和本专利技术提供的粘结剂。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。所述的导电剂不限，包括乙炔黑、SuperP、碳纳米管、科琴黑等中的一种或几种。作为优选，所述的粘结剂与正极活性材料的质量比为1%～15%。作为优选，所述的活性材料层中，以正极活性材料的质量份数为100份计，导电剂的质量份数为1～15份，粘结剂的质量份数为1～15份。本专利技术提供的锂离子电池正极的制备方法包括如下步骤：步骤1、取本专利技术的粘结剂溶于适量甲基吡咯烷酮中，得到粘结剂溶液；取适量正极活性材料粉体、导电剂研磨混合后加入粘结剂溶液中，得到活性材料浆料；步骤2、将活性材料浆料均匀涂覆在基体材料层表面，60℃～120℃真空烘干压实后，得到锂离子电池正极。作为优选，所述的步骤1中，粘结剂溶液的质量浓度为5%-10%。综上所述，本专利技术提供了一种新型的锂离子电池正极用导电粘结剂，该粘结剂包含含氟磺酰亚胺锂离子聚合物，具有如下优点：（1）粘结力强、不掉粉；（2）离子电导率高该粘结剂包含氟磺酰亚胺锂离子聚合物，其主链含有-SO2N-Li+SO2-结构，由于该氟磺酰亚胺基团为超强酸基团，N原子上的孤对电子因为连有两个强吸电子的全氟烷基而高度离域，极大地减弱了阴离子与阳离子的静电力，使该含氟磺酰亚胺锂离子聚合物的锂离子（Li+）有较低的解离能和晶格能，有较高的锂离子电导率，从而能够提高大电流充放电下的电池容量和电池充放电循环的倍率性；（3）电化学性能稳定实验证实，该粘结剂作为正极粘结剂的锂离子电池的电化学性能稳定，不会随着电池充放电循环而降解，从而有效延长了电池使用寿命。附图说明图1是本专利技术实施例1中制得的含氟磺酰亚胺锂离子聚合物的19FNMR表征图；图2是本专利技术实施例2中以含氟磺酰亚胺锂（PFSI-Li）和PVDF1:1混合物作为粘结剂的正极极片，锂片为负极制备的纽扣半电池在室温下的充放电循环曲线；图3是实施例2和对比例1制备的正极极片在室温下充放电循环测试，粘结剂为含氟磺酰亚胺锂离子聚合物与聚偏氟乙烯PVDF1:1混合物(-■-)与粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF(-●-)在不同充放电倍率下能量密度的对比。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1：本实施例中，锂离子电池正极用导电粘结剂为含氟磺酰亚胺锂离子聚合物（PFSI），其结构式为：其中，n为500到1000的整数，包括500和1000。上述粘结剂的制备方法为：将含氟磺酰亚胺离子聚合物盐PFSI溶解于乙腈中，加入等当量的LiClO4，搅拌锂化12h，过滤后除去溶剂，在真空干燥箱中80℃彻底干燥，得到含氟磺酰亚胺锂离子聚合物，放入干燥器中待用。上述制得的含氟磺酰亚胺锂离子聚合物的19FNMR表征图如图1所示。经测定数均分子量为355775，平均聚合度为830。以该含氟磺酰亚胺锂离子聚合物为粘结剂制备锂离子电池正极时，由于氟磺酰亚胺基团为超强酸基团，N原子上的孤对电子因为连有两个强吸电子的全氟烷基而高度离域，极大地减弱了阴离子与阳离子的静电力，使该含氟磺酰亚胺锂离子聚合物的锂离子有较低的解离能和晶格能，较高的锂离子电导率，从而能够提高大电流充放电下的电池容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：该导电粘结剂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，Rf指代‑CmF2m‑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。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：该导电粘结剂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，Rf指代-CmF2m-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。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：所述的聚合度n为100到1500的整数。3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：所述的聚合度n为500到1000的整数。4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：所述的导电粘结剂还包括有机氟聚合物。5.根据权利要求4所述的锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：所述的有机氟聚合物是PVDF。6.根据权利要求4所述的锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：所述的含氟磺酰亚胺锂离子聚合物与所述的有机氟聚合物的质量比为9:1～1:9。7.根据权利要求6所述的锂离子电池正极用导电粘结剂，其特征是：所述的含氟磺酰亚胺锂离子聚合物与所述的有机氟聚合物的质量比为5:1～1:5。8.根据权利要求6所述的锂离子电池正极用导电粘结剂，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛立新，石倩茹，魏增斌，盛建芳，张尧剑，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33