[发明专利]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制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，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。

背景技术

由于具有功率密度高、自放电率低、无记忆效应和放电电压稳定等优点，锂离子电池已逐步替代传统铅酸蓄电池和镉镍蓄电池，成为动力电池的主要选择。动力电池在大功率输出性能和安全性方面有较高要求，因此对锂离子电池提出了重大挑战。

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。

目前，应用于锂离子电池的粘结剂主要是有机氟聚合物，其中以PVDF为主，其具有较好的稳定性，对电极材料具有良好的粘附性等优点。但是，PVDF在锂离子电池应用中也存在缺点，如在电池内部温度升高时，PVDF会与金属锂及碳化锂(Li_xC₆)发生反应，因此，PVDF的反应成为锂离子电池热量释放的主要来源之一；并且，PVDF可被非水相液态电解质溶胀，造成极片结构变化，使电极材料对集流体的粘附力变差，从而引起电极材料间接触电阻的增加，而且需要严格控制环境中的水分，造成工艺成本升高；同时，需要使用大量有机溶剂，因而对环境造成污染，对操作人员的健康有较大危害，不符合绿色工业的发展趋势。

另外，锂离子电池中也使用水系粘结剂，一般多采用丁苯橡胶（SBR），其以水为分散介质，对环境友好、无污染。但是，SBR的粘结力较弱，随着电池充放电循环的进行，SBR中的C=C不断降解而使其逐渐失效，进一步导致极片活性材料脱落，导致容量下降，影响电池寿命；而且SBR水性粘结剂由于其材料组份的化学性质的限制，其只能作为锂离子电池负极材料的粘结剂。

发明内容

本发明的技术目的是针对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粘结剂，该粘结剂粘结力强，能够减少有机溶剂的使用量，从而减小对环境的危害，同时还能够部分代替或者减少导电剂的用量，从而提高电池的容量及安全性能。

本发明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粘结剂，该粘结剂是含氟磺酸锂侧基芳香聚合物，其结构式如下：

或者是含氟磺酰亚胺锂侧基芳香聚合物，其结构式如下：

或者是上述含氟磺酸锂侧基芳香聚合物与含氟磺酰亚胺锂侧基芳香聚合物的混合物；

其中，R_f指代-C_mF_2m-或者-[CF₂CF₂]OCF₂CF₂-，m是1到40的整数，包括1和40；R_f’指代-C_mF_2m+1，m为1到40的整数，包括1与40；聚合度n为50到2000的整数。

所述的芳香聚合物包括但不限于聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚和聚芳香酰胺中的一种或几种。

本发明的锂离子电池正极用粘结剂可以将含氟磺酸侧基芳香聚合物或含氟磺酰亚胺侧基芳香聚合物经过LiOH水溶液中和而得到。具体操作可以是：将含氟磺酸侧基芳香聚合物或含氟磺酰亚胺侧基芳香聚合物粉料浸泡在LiOH水溶液中，搅拌锂化8～24h，然后过滤，并用去离子水将粉料洗至中性，在真空干燥箱中60℃～120℃彻底干燥，得到的粉料呈浅黄色，放入干燥器中待用；

本发明还提供了一种使用上述粘结剂的锂离子电池正极，该正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性材料层，该活性材料层包括正极活性材料、导电剂和本发明提供的粘结剂。

所述的正极活性材料包括但不限于LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄，以及三元复合材料Li(NiCoMn)O₂等。

所述的导电剂包括但不限于乙炔黑、Super P、碳纳米管、科琴黑中的一种或几种。

作为优先，所述的粘结剂与正极活性材料的质量比为1%～15%。

作为优先，所述的活性材料层中，正极活性材料、导电添加剂以及粘结剂的质量比为100：1-15：1-15。

本发明提供的锂离子电池正极的制备方法包括如下步骤：