[发明专利]一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法，综合聚酰胺酰亚胺和聚乙烯亚胺各自的优点，利用原位聚合方法制备出聚酰胺酰亚胺‑聚乙烯亚胺共聚物，在原位聚合过程中添加锂离子导体粉末混合，大大提高了锂离子的传输性能和离子导电性，提高了锂离子的传输通道，增强了粘结剂互相连接的稳定性。原位聚合反应过后二次添加锂离子导体粉末并加入双螺杆挤出机中二次造粒，提高了锂离子导体粉末分散的均匀性，弥补了单次复合的不足。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法、无氟锂离子电池粘结剂在锂离子电池领域中的应用。

背景技术

锂离子电池因具有高容量、高能量密度、对环境污染小和长寿命的优点被广泛应用于3C电子产品、电动汽车、混合动力汽车和储能系统。

目前的锂离子电池正极多用聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，因为其具有卓越的机械和粘结性能高耐化学性，好的热稳定性、易加工性，在较宽的电压范围内高电化学稳定性。然而同时，PVDF制备条件严苛，其单体作为含氟化物被管控严格，存在价格偏高以及供应不足的问题。分子结构中的F原子电负性高，容易与具有正电性的物质发生反应，如金属离子，从而引入金属杂质。

丙烯腈粘结剂和丙烯酸粘结剂得到广泛的关注，但是其在使用的过程中，需要添加聚丙烯甲酯-甲基丙烯酸甲酯等一系列的有机溶剂进行预分散或者混用，造成在直接加工中实际的粘结剂的添加量相对于聚偏氟乙烯粘结剂来说更高，不利于开发一种具有低内阻以及良好的低温循环性能的电池体系。CN114976003A公开了一种无氟粘结剂及其制备方法，在丙烯酸类化合物或丙烯腈类化合物的分子链基表面对分子官能团进行修饰，形成一种稳定的大分子配合物，能够减少正极粘结剂的使用量，并且可以在不改变体系组成的前提下，进一步降低电池的内阻，并能够减少NMP的使用量，提升单体电池的低温性能。CN114597412A公开了一种含有无氟粘结剂的正极浆料在降低正极极片中金属杂质中的用途，通过在正极浆料中加入至少包括两种共聚单体的无氟粘结剂替代现有的PVDF粘结剂，使得含有该无氟粘结剂的正极浆料在制备过程不会与金属搅拌罐发生副反应，从而降低了正极浆料中金属杂质含量。

聚酰胺酰亚胺粘结剂同样得到广泛的关注，聚酰胺酰亚胺(PAI)是由柔性酰胺基团和耐热酰亚胺环有规则排列的一种热塑性树脂。聚酰胺酰亚胺分子结构中存在大量的酰亚胺基团，因此可以表现出高粘结性。由于酰亚胺基团具有高极性，因此与电极活性物质颗粒、作为电极集流体的金属箔例如铝箔、铜箔的粘结性高。CN103384009A公开了一种粘结剂，电极粘结剂聚酰胺酰亚胺以其前驱体聚酰胺-酰胺酸化合物的形式存在于水系电极浆料中，该聚酰胺-酰胺酸化合物完全溶解或大部分溶解于水中。在电极制作过程中实现了水系配料制浆，避免了使用NMP等高沸点、有毒有机溶剂，既节约了有机溶剂成本又避免了环境污染。由于聚酰胺酰亚胺的高粘结性和优异的化学、电化学稳定性，解决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的问题，提高粘结剂的化学稳定性，改善电池寿命和使用安全。

聚乙烯亚胺(PEI)是一种效果很好的增粘树脂，但由于聚乙烯亚胺很容易与水性粘合剂中的羧基反应形成凝胶，破坏了水性粘合剂的使用性能。CN108070057A公开了将聚乙烯亚胺与丙烯腈进行缩合反应得到一种聚乙烯亚胺丙烯腈缩合物。所述聚乙烯亚胺丙烯腈缩合物能以任意比例加入到水性粘合剂(特别是含羧基(-COOH))体系中，极大地提高粘接性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂的制备方法，其包括以下步骤：