[发明专利]聚酰亚胺、锂离子电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺、锂离子电池及其制备方法和应用，该聚酰亚胺的结构如式I所示，其数均分子量为10万～14万。本发明的聚酰亚胺作为锂离子电池粘结剂使用，能够克服目前的聚酰亚胺对电解液润湿性差，阻抗大，特别是高电流密度充放电的情况下，目前采用聚酰亚胺作为粘结剂的锂离子电池的倍率性能和循环性能不佳等的缺陷。本发明的聚酰亚胺对电解液的润湿性更好，作为锂离子电池粘结剂使用，配合聚酰亚胺隔膜，所制得的锂离子电池的阻抗低，倍率性能好，循环性能佳。

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺、锂离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，锂离子电池因其具有很高的能量密度和出色的循环性能引起了人们越来越多的关注。随着其应用领域从小型电子产品，如：手机、笔记本电脑和数码相机等，逐渐扩展至大型电池领域，如：电动汽车和混合动力电汽车等，锂离子电池在循环保留率、能量密度以及安全性能等方面的要求也逐步提高。

粘结剂是锂离子电池中很重要的组成部分，它的性能会对电池的性能产生很大的影响。聚偏氟乙烯(PVDF)因为一种具有良好的粘结性能、电解液吸收性、化学和电化学稳定性，成为了目前应用最广泛的锂离子电池粘结剂。然而，它的熔点较低，这导致它的热稳定性较差，会引发一系列安全问题。同时，当它溶解在非水性电解液中时，会形成一种有一定粘度的流体或者聚合物凝胶体，这会使得电极颗粒产生剥离，降低电池的倍率性能和循环寿命。聚酰亚胺(PI)因其具有很好的机械性能、化学稳定性以及极低的介电常数，特别是极为出色的热稳定性，被应用于很多领域。

最近几年，有报道表明聚酰亚胺相比于传统粘结剂来说，是一种更为出色的锂离子电池粘结剂。Ohta等人发现聚酰亚胺可以有效地提高可充放电锂离子电池的可逆性能，并且电池的容量会随着单体单元里羰基中氧原子数量的增加而增大。Choi等人将聚酰亚胺引入到碳粘结剂中后发现，电池在60℃条件下的循环稳定性得到了很大程度地提高。Kim等人分别使用聚偏氟乙烯和聚酰亚胺作为粘结剂组装电池，经过对比两者的电化学性能后发现，聚酰亚胺粘结剂可以有效地抑制硅电极由于电化学反应过程中锂离子的嵌入和脱出所引发的物理膨胀。Yuan所在的团队将聚酰亚胺粘结剂应用于石墨－硅/氧化硅/碳复合电极，他们实验的结果表明该电极在30个循环后的循环保留率得到大幅度的提高。除此以外，复合电极展现了极为出色的机械性能。

然而，目前来看，采用聚酰亚胺和聚烯烃隔膜所组装得到的锂离子电池，其电池协调性较差，并且电池的内阻较大，这使得电池的倍率性能和循环性能受到严重影响，尤其是在高电流密度充放电的情况下，以及长期循环测试条件下，锂离子电池的倍率性能和循环性能不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的聚酰亚胺作为粘结剂使用后，对电解液润湿性差，阻抗大，特别是高电流密度充放电的情况下，目前采用聚酰亚胺作为粘结剂的锂离子电池的倍率性能和循环性能不佳等的缺陷，提供一种聚酰亚胺及其制备方法和应用，以及一种采用该聚酰亚胺作为粘结剂的锂离子电池及其制备方法和应用。本发明的聚酰亚胺对电解液的润湿性更好，作为锂离子电池粘结剂使用，配合聚酰亚胺隔膜，电池阻抗更小，所制得的锂离子电池倍率性能好，循环性能佳。

本发明采用下述技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种聚酰亚胺，其结构如式I所示：

其中，所述聚酰亚胺的数均分子量为10万～14万。

本发明提供了一种所述聚酰亚胺的制备方法，其包括下述步骤：

将1,4-双(2-三氟甲基4-氨基苯氧基)苯(又称6FAPB)、4,4’-二氨基二苯醚(又称ODA)和极性溶剂混合均匀后，加入3,3’,4,4’-二苯砜四羧酸二酐(又称DSDA)至混合溶解，然后加入催化剂和芳烃类溶剂，在惰性气氛保护下，于室温和搅拌状态下进行缩聚反应，缩聚反应后升温至110.6～203℃，进行脱水反应，脱水反应结束后冷却，将反应后溶液与固化液混合，干燥后，即得；