[发明专利]锂离子二次电池的电极材料、电极和锂离子二次电池

说明书

本申请涉及锂离子电池领域，具体地涉及一种锂离子二次电池的电极材料、电极和锂离子二次电池。所述电极材料包括电极活性物质和粘结剂，所述粘结剂包括聚丙烯酸和聚酰胺酰亚胺化合物，所述聚酰胺酰亚胺化合物由聚酰胺‑酰胺酸化合物水溶液经过150℃以上的温度固化得到。以聚酰胺酰亚胺作为电极粘结剂，一方面可获得优异的粘结性、机械强度和稳定性，改善了电池寿命和使用安全性；另一方面避免了使用高沸点、有毒的有机溶剂，既节约了有机溶剂成本又避免了环境污染；同时联合使用聚丙烯酸改进电极的电子传导和锂离子迁移，克服单独使用聚酰胺酰亚胺粘结剂所引起的电池低温特性劣化。

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，具体地涉及一种锂离子二次电池的电极材料、电极和锂离子二次电池。

背景技术

为了满足便携电子设备小型化、轻量化发展需求，锂离子二次电池以其放电电压高、能量密度高和循环寿命长等优势，逐渐取代了铅酸、镍镉、镍氢等传统二次电池，担负着电子设备用小型二次电池的主要角色，并且广泛应用于电动汽车、储能电站等方面。

现有技术通常通过以下方式得到锂离子二次电池的电极：在有机溶剂或水中分散并混合电极活性物质和粘结剂，以及根据需要添加的导电剂、增稠剂和分散剂等辅助材料而得到可涂布的电极浆料，然后将该浆料涂布在集流体上，干燥后进一步压实处理得到电极。

锂离子二次电池的正极制备技术，典型的使用非水溶性的聚偏氟乙烯(PVdF)作为粘结剂，使用有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解PVdF并使用NMP作为浆料分散介质，在无水条件下制备电极浆料，拉浆后蒸发溶剂以获得干燥的电极。在该实施过程中，有机溶剂的挥发既污染环境又危害操作人员健康，干燥过程蒸发的溶剂必需回收处理。由此形成有机溶剂的高成本、蒸发和回收有机溶剂的能耗以及环境污染问题。此外，PVdF粘结剂高温不稳定，容易在高温条件下分解以及和正极活性材料发生放热反应，影响电池寿命和使用安全。

因此，有必要开发一种新的用于锂离子二次电池的电极材料及相关粘结剂，减缓有机溶剂高成本、高能耗和高污染的问题，同时改善电池寿命和使用安全性。

发明内容

本申请提供一种锂离子二次电池电极材料、电极和锂离子二次电池，一方面可以减缓有机溶剂高成本、高能耗和高污染的问题，同时改善电池寿命和使用安全性，另一方面可以解决合金负极微粉化、从集流体脱离、电极内集电性降低等问题，并且降低电极界面阻抗、改善电极充放电特性。

本申请的一个方面提供一种锂离子二次电池的电极材料，包括电极活性物质和粘结剂，所述粘结剂包括聚丙烯酸和聚酰胺酰亚胺化合物，所述聚酰胺酰亚胺化合物由聚酰胺-酰胺酸化合物水溶液经过150℃以上的温度固化得到。

在本申请的一些实施例中，以所述电极活性物质、聚丙烯酸和聚酰胺酰亚胺化合物的总重量为基准，所述聚丙烯酸的质量百分比为0.1％-10％所述电极活性物质的质量百分比为70％-99.7％，所述聚酰胺酰亚胺化合物的质量百分比为0.2％-20％。

在本申请的一些实施例中，所述聚酰胺酰亚胺化合物具有从1000到100000范围内的重均分子量。

在本申请的一些实施例中，所述聚酰胺-酰胺酸化合物包含n₁个重复的结构式(1)：

其中，n₁为大于等于1的正整数，R为二价亚芳香基，R1为有机或无机碱性化合物与羧基中和反应形成部分，所示芳环上链接两个酰胺基团代表1，3和1，4聚酰胺-酰胺酸的两种特征结构。

在本申请的一些实施例中，所述有机或无机碱性化合物为胺类化合物，所述胺类化合物可以选自叔胺或者三乙胺。

在本申请的一些实施例中，所述聚酰胺-酰胺酸化合物还可以由结构式(1)：

和结构式(2)：