[发明专利]粘结剂以及包含所述粘结剂的电极和锂二次电池

说明书

本发明涉及粘结剂、包含所述粘结剂的电极和锂二次电池，其中所述粘结剂包含第一嵌段和第二嵌段，所述第一嵌段包含含有可被锂离子置换的官能团的聚合物，所述第二嵌段包含在主链中含有氧原子的聚合物，并且由此可以防止用于制备所述电极的浆料的集聚，从而防止在所述电极的表面上产生裂纹，并改善所述锂二次电池的寿命特性。

技术领域

本申请要求2017年10月16日提交的韩国专利申请号10-2017-0133771的权益，其全部内容以引用的方式并入本文中。

本发明涉及可用于锂二次电池的电极的粘结剂以及包含所述粘结剂的电极和锂二次电池。

背景技术

随着二次电池的应用领域延伸到电动车辆(EV)和能量存储装置(ESS)，锂离子二次电池正由于其相对低的单位重量能量存储密度(约250Wh/kg)而面临局限性。

在可以实现高能量密度的下一代二次电池技术中，与其它技术相比，锂硫二次电池由于其高商业潜力而导致了关注。

锂硫二次电池是指使用硫作为正极活性材料并使用锂金属作为负极活性材料的电池系统。

在锂硫二次电池中，当电池放电时，正极中的硫通过接受电子而被还原，并且负极中的锂被氧化并因此被离子化。硫的还原反应为硫-硫(S-S)键接受两个电子并转化成硫阴离子形式的过程。在这种情况下，由氧化形成的锂离子通过电解质传输到正极而与离子化的硫形成盐。

放电前的硫具有环状S₈结构，其通过还原反应而转化成多硫化锂(LiS_x)。多硫化锂(LiS_x)被逐步还原并最终变成硫化锂(Li₂S)。

通过这样的电化学反应实现的理论能量密度为2500Wh/kg，这是锂离子电池的10倍。

尽管这样的锂硫二次电池具有优点，但仍存在许多问题，诸如多硫化锂的溶解度高、寿命和输出特性低、硫导电性低以及由于使用锂金属而导致稳定性低。

作为一例，由于多硫化锂(LiS_x)易于溶解在电解液中，所以由于重复充电/放电导致的活性硫的损失以及由此导致的循环特性的劣化被视为锂硫二次电池中有待解决的最大问题。

为了解决上述问题，已经提出了如下技术：使用多孔体制备电极且然后将硫浸渗在多孔体之间以抑制在电解质中的溶解的技术；将能够吸附多硫化物的物质引入电极中的技术；使用多硫化物的亲水特性的技术；等。

例如，已经报道了通过在Li-S电池中应用聚丙烯酸(PAA)作为水基粘结剂改善充电/放电寿命特性。

PAA的缺点是不仅由于玻璃化转变温度(Tg)为约106℃而具有刚性趋势，而且在丙烯酸之间还具有强的氢键，从而导致电极的柔性非常低。这些可能对电极的粘附力的劣化也具有一些影响。

因此，为了改善电极的柔性和粘附力，可以一起使用聚环氧乙烷(PEO)。然而，存在的缺点是，严重地发生PAA与PEO之间的相分离，因此可加工性非常弱。

有必要对具有优异的电化学性能、同时克服现有技术的问题并有效地防止多硫化锂(LiS_x)浸出的锂硫二次电池进行持续的研究。

[现有技术文献]

(专利文献1)日本专利公开2010-525124号“偏二氟乙烯共聚物”

发明内容

【技术问题】

为了解决上述问题，本发明的发明人已经进行了各种研究。结果已经发现：当由聚丙烯酸(PAA)和聚环氧乙烷(PEO)制备无规共聚物形式而不是简单地将它们共混且然后作为粘结剂应用于电极时，不会发生粘结剂的相分离并且可以防止浆料集聚，从而减小电极的表面粗糙度和裂纹，并且改善电极的粘附力。