[发明专利]聚丙烯酸锂及其制备方法、用途和锂离子电池

说明书

本发明涉及聚丙烯酸锂及其制备方法、用途和锂离子电池，所述制备方法为：取分子量为20～60万的聚丙烯酸与氢氧化锂混合反应，得到所述聚丙烯酸锂。本发明提供一种用作富锂锰基锂离子电池粘合剂的聚丙烯酸锂及其制备方法和用途，该聚丙烯酸锂的制备方法简单，工业实现性高，且对于改善富锂锰基锂离子电池的性能具有突出的优势。

技术领域

本发明涉及锂电池加工制造技术，具体是一种聚丙烯酸锂及其制备方法和用途，以及使用聚丙烯酸锂的锂离子电池。

背景技术

在锂离子电池当中，石墨作为传统的负极材料已经得到广泛的应用，并且一些高能量密度的负极材料已经得到了广泛的研究，但是与负极材料相匹配的正极材料却受到能量密度的限制。目前很多研究者把目光放在了锂离子电池正极材料上，富锂锰基材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂)由于其高的比容量、高的能量密度以及对环境的友好性引起了人们的关注，然而富锂锰基材料却因为电压降的现象限制了其广泛的应用。电压降是在电池比容量没有明显下降的情况下，电压平台逐渐降低，进而造成电极材料的能量密度降低。虽然电压降发生的原因仍然在争议当中，但是对于电压降最后的结果却得到了大家的认可：由层状结构最终转变成尖晶石结构，在这个过程当中，材料的电压平台明显的下降，能量密度迅速下降。在实际的应用当中，电压降可以引发设备安全问题，成为较大的安全隐患。

除此之外，富锂锰基材料与电解液之间的界面不稳定性是导致电池不稳定的内在原因。类似石墨一类的电极材料很容易在材料的表面形成一种惰性的保护膜，这个保护膜可以避免电极材料进一步与电解液发生反应。但是与石墨电极不同的是，在富锂锰基正极材料这种金属氧化物表面很难与电解液之间形成一种惰性的保护膜。这是由于富锂锰基正极材料的工作电压一般在2.8V～4.8V之间，当电压超过4.5V的时候，电解液就会发生氧化分解，会产生HF等物质，对电池材料造成很大的腐蚀以及破坏作用，会造成结构的改变，循环性能恶化，比容量的迅速下降。因此，在富锂锰基材料与石墨搭配的电池体系当中，电极材料会被严重破坏，也会在一定程度上的影响相对的电极，将进一步导致锂离子的损失。

另外，炭黑作为一种锂离子添加剂，在锂离子电池中是一种必不可少的材料，在电极材料中主要起到了导电作用，然而在高电压下的环境中，炭黑却有具有催化作用，会促使电极材料以及电解液的分解。由于炭黑的存在以及表面未完全钝化的富锂锰基材料，一些复杂的反应将会发生，其中包括电解液的分解，随后一些小分子的有机物和无机盐类出现，例如金属氟化物、MnO₂、HF、PF₅、PF₃O等，这些副产物会沉积在富锂锰基材料的表面或者溶解在电解液当中，当这些副产物迁移到负极材料的表面时，会严重影响到石墨表面的保护膜的形成。在全电池当中，这样消耗保护膜，将会消耗更多的锂离子，直接导致全电池中不可逆容量的增加。

针对于富锂锰基材料的研究，目前主要集中在电解液以及材料结构的研究。对于电解液的研究需要涉及多种有机材料的合成而且对于材料的比例要求很严格，操作过程比较繁琐，不适用于大规模的应用，大部分只是在实验室里小规模的研究使用。对于富锂锰基材料结构的研究，大多需要借助大型的仪器设备，成本比较高，同时要求科研人员具有较高理论水平，因此也不利于材料大面积的推广应用。除了上述关于电解液以及材料结构的研究，也有部分的研究人员在从事粘合剂的研究，例如北京理工大学吴锋课题组将PAN和PVDF按照一定的比例进行混合后用在锂离子电池当中，尽管对于对于材料的破碎以及粉化具有一定的抑制作用，但是对于电解液的腐蚀等问题却没有涉及，且PAN与PVDF属于非导电的高分子材料，过多的用在锂离子电池当中不利于锂离子和电子的传输。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明人进行了潜心研究，在付出了大量创造性劳动和经过深入实验探索后，从而完成了本发明。

第一个方面，本发明提供一种聚丙烯酸锂的制备方法，所述制备方法为：取分子量为20～60万的聚丙烯酸与氢氧化锂混合反应，得到所述聚丙烯酸锂。