[发明专利]一种电极浆料组合物及其制备电极及锂离子电池的用途

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种抑制正极材料界面副反应的组合物，并进一步公开其制备电极及锂离子电池的用途。本发明所述电极浆料组合物，在传统浆料组合的基础上，添加PAA对其进行改性处理，可有效提高电极浆料的稳定性和分散均匀性，进一步减少正极材料界面反应的副反应，提高锂离子电池的性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种抑制正极材料界面副反应的组合物，并进一步公开其制备电极及锂离子电池的用途。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，主要由正、负极电极，电解液，隔膜和外壳组成。其一般采用含有锂元素的材料作为电极，并主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

锂离子电池由于其能量密度高，工作电压高，循环寿命长，自放电小等诸多优点成为新时期重要的新型能源之一，更是现代高性能电池的代表。尤其是随着锂离子电池在便携式电子设备、储能电源和新能源电动汽车等领域的广泛应用，锂离子电池的能量密度和安全性能得到不断的发展和提升，于此同时，对锂离子电池的生产工艺也提出了更高的要求。

锂离子电池的电极制备过程是锂离子电池生产工艺中的一个重要的环节，主要包括匀浆和涂覆两道工序。锂离子电池的电极浆料主要由活性材料、导电剂、粘接剂和集流体构成，且通常是将电化学活性材料和导电添加剂加入到聚合物粘结剂的溶液中，均匀分散后形成的胶状混合物。其中，粘接剂的主要作用是形成骨架，使活性物质、导电剂与集流体发生粘附，在生产过程中形成浆状以利于涂布，同时也对正负极在脱嵌锂时的体积变化进行缓解。

现有锂离子电池广泛应用的粘接剂为聚偏氟乙烯类聚合物(PVDF)和羧甲基纤维素钠加丁苯橡胶(CMC+SBR)，前者配合N-甲基吡咯烷酮(NMP)形成油性体系，后者以水作为溶剂形成水性体系。PVDF由于具有稳定的电化学性能、较强的粘接性能而得到广泛的应用。但是由于PVDF在有机电解液中容易发生溶胀，易导致电极浆料稳定性和分散性能，同时也使得浸润后的电极片粘附力下降且导电网络受到破坏，进而导致电池循环性能下降；同时F元素的引入在电池内部易形成HF也给电池带来很多不利影响；而且电池回收处理过程中PVDF的回收处理很难实现，并且PVDF售价昂贵，提高了锂离子电池生产成本。

已有研究表明，电极浆料的稳定性和分散均匀性会直接影响到电池正极的质量，具体表现为：浆料流变特性不稳定的会导致制备的电极面密度分布不均或者局部区域出现缺陷，电极面密度分布不均匀会严重影响电池的一致性，局部区域的缺陷会加速电极的老化速度；浆料中活性材料和导电剂分散不均匀会导致电化学活性材料的性能在电极中不能得到充分的发挥。因此，改善浆料的流变稳定性和分散均匀性，对电池性能的提升具有非常重要的意义。

对于浆料的稳定性，本领域有很多种理解，通常而言，稳定性是指一种分散系抵挡质量或相分离的能力，在分散后的很长一段时间内能够继续维持颗粒均匀分散的状态。相分离可以归因于沉降、团聚或者是奥斯特瓦尔德成熟。对于胶状的电极浆料，主要问题在于较大活性性材料颗粒的沉降，或较小活性和非活性(如导电剂)物质的团聚。利用颗粒之间的排斥力或引力用作制造成一种三维相互作用的网状结构，可以有效的减缓或防止团聚和沉降，进而提高浆料的稳定性。

再者，随着对锂离子电池能量密度需求的不断提升，高比容量的高镍三元、富锂锰基正极材料正在不断的被开发使用。这些正极的材料在制备和存储过程中，不可避免的会残留和生成LiOH和Li₂CO₃杂质，使得正极材料的总碱量偏高，导致电极在充放电过程中的副反应增多，电池充放电过程容易出现胀气现象，也一定程度上降低了材料的电化学性能。然而，在材料的制备和存储过程中想要彻底除去材料表面的LiOH或Li₂CO₃存在很大的困难性。