一种复合粘结剂、锂离子电池正极极片及锂离子电池

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种复合粘结剂、锂离子电池正极极片及锂离子电池。

背景技术：

1、近年来，我国的新能源汽车占全部汽车比值连续四年增长，新能源汽车产业技术水平显著提升、企业竞争力大幅增强，预计至2030年，全球新能源汽车销量会突破4780万辆，新能源汽车将成为汽车行业发展的主要动力。作为新能源汽车关键部分的锂离子电池，必须在充电速度、续航里程以及废气排放等方面基本持平才能推动汽车行业的持续发展。

2、目前市场上主流的二次电池正极材料分别是磷酸铁锂正极和镍钴锰三元正极，以镍钴锰三元材料为正极的锂离子电池，能量密度已经能够达到300wh/kg，磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，能量密度则在200wh/kg左右。传统的三元电池浆料中，依然是传统的正极材料、聚偏氟乙烯(pvdf)粘结剂以及导电炭黑的体系，在此体系下，三元锂电正极(ncm)的衰减速度会远大于磷酸铁锂锂电正极，电池寿命较短。

3、聚偏氟乙烯粘结剂是一种高分子量的线性高分子，作为粘结剂加入时，不能很好地覆盖在正极材料表面，在电池冲放电过程中，正极材料裸露的表面与电解液直接接触，处于高电位的电极材料与电解液的溶剂接触，导致溶剂分解，在电极表面形成一层固体电解质界面层(solid electrolyte interface film，sei层)，sei层的形成会消耗大量活性锂离子造成容量的降低，随着充放电次数的增加，sei层厚度上增加，从而导致容量的不可逆下降。

4、固体电解质层的出现是一层快离子导体层，但持续增加的sei厚度导致锂离子的迁移距离持续增加，导致电池极化增加，界面反应的速度下降。对于电池来说，在低电流密度时，极化影响较小，但随着电流密度的逐渐增加，电池极化过大会导致电池容量的巨幅下降，在如今对于快充等技术的需求下，不能承受高电流是很难接受的，所以对大电流下的电池性能进行改进是必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种复合粘结剂，与正极材料和导电剂制备得到锂离子电池正极极片，提高了锂离子电池的电化学性能。

2、本发明技术方案中的复合粘结剂，包括具有如下式i所示结构式的硫化聚合物：

3、

4、其中，x为1～1000的自然数，y为4～4000的自然数，y为x的4～6倍。

5、进一步地，复合粘结剂包括硫化聚合物和第一粘结剂。

6、硫化聚合物能够覆盖在正极材料的表面，与第一粘结剂形成协同作用，电池循环开始前即在正极表面形成一层人造sei层，抑制正极材料与电解液的接触，避免了表面副反应的发生，减少了对活性锂离子的消耗，提高了锂离子电池的容量，同时硫化聚合物中有大量共轭的芳香环，可以提供额外的导电炭黑附着位点，可以减少炭黑之间的团聚，增大炭黑的分布范围，有效提高正极的导电能力，可以在电池循环过程中长期起作用。同时，硫化聚合物中的硫原子具有超高的离子电导率，能够在较大电流时，提供比sei层更好的导离子作用，从而能够有效的提升锂离子电池的各项性能。

7、进一步地，第一粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈类粘结剂、聚氨酯类粘结剂、聚酰亚胺类粘结剂中的一种或多种。

8、进一步地，第一粘结剂和硫化聚合物的质量比为3～8:1。

9、本发明还提供一种锂离子电池正极极片，包括正极材料、复合粘结剂、导电剂。

10、进一步地，正极材料、复合粘结剂、导电剂的质量百分比分别为80.0～96.0％、2.5～11.0％、1.5～9.0％。

11、本发明锂离子电池正极极片中的正极材料不做限制，任何可以应用于锂离子电池的正极材料均可，正极材料可以列举为三元正极材料镍钴锰811、镍钴锰523中的一种或两种。

12、本发明锂离子电池正极极片中的导电剂不做限制，任何可以应用于锂离子电池的导电剂均可，导电剂可以列举为导电炭黑、导电石墨、碳纤维中的一种或多种。

13、上述锂离子电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：

14、(1)将硫化聚合物溶于有机溶剂得硫化聚合物溶液；

15、(2)将第一粘结剂溶于有机溶剂得粘结剂溶液；

16、(3)将正极材料、硫化聚合物溶液、粘结剂溶液、导电剂和有机溶剂，搅拌混合得到正极浆料；

17、(4)将正极浆料涂覆至集流体表面，烘干、压实、冲片得正极极片。

18、进一步地，有机溶剂为聚乙烯吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种，优选为n-甲基吡咯烷酮。

19、进一步地，步骤(1)中硫化聚合物与有机溶剂的质量比为1:10～30。

20、进一步地，步骤(2)中第一粘结剂与有机溶剂的质量比为1:5～20。

21、进一步地，步骤(3)中有机溶剂质量为正极材料、硫化聚合物溶液、粘结剂溶液和导电剂的总质量的0.5～2.0倍。

22、进一步地，步骤(4)中烘干的温度为80～110℃，时间为8～12h。

23、进一步地，步骤(4)中集流体为铝箔。

24、本发明还提供一种锂离子电池，正极极片为上述锂离子电池正极极片。

25、上述锂离子电池的制备方法具体为：在惰性气氛手套箱中按照从下至上分别是正极壳、正极极片、隔膜、负极极片、垫片、弹片、负极壳的顺序组装，压力机加压制备成锂离子电池。

26、进一步地，压力机压力为50～60mpa，压制时间为8～10s。

27、相比现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

28、(1)本发明锂离子电池正极极片中的硫化聚合物，与第一粘结剂形成协同作用，抑制正极表面的副反应，减少了对活性锂离子的消耗，提高了锂离子电池的容量；

29、(2)硫化聚合物中大量共轭的芳香环，可以提供额外的导电炭黑附着位点，可以减少炭黑之间的团聚，提高电池正极的导电能力，并在电池长期的循环过程中起作用；

30、(3)硫化物具有超高的离子电导率，能够在较大电流时，提供较好的导离子作用，从而有效提升锂离子电池的倍率性能。

技术特征：

1.一种复合粘结剂，其特征在于，包括具有如下式i所示结构式的硫化聚合物：

2.根据权利要求1所述的复合粘结剂，其特征在于，包括硫化聚合物和第一粘结剂。

3.根据权利要求2所述的复合粘结剂，其特征在于，第一粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈类粘结剂、聚氨酯类粘结剂、聚酰亚胺类粘结剂中的一种或多种。

4.根据权利要求2或3所述的复合粘结剂，其特征在于，第一粘结剂和硫化聚合物的质量比为3～8:1。

5.一种锂离子电池正极极片，其特征在于，包括正极材料、权利要求1所述的复合粘结剂、导电剂。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，正极材料、复合粘结剂、导电剂的质量百分比分别为80.0～96.0％、2.5～11.0％、1.5～9.0％。

7.一种如权利要求5所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中硫化聚合物与有机溶剂的质量比为1:10～30。

9.根据权利要求7所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中第一粘结剂与有机溶剂的质量比为1:5～20。

10.一种锂离子电池，正极极片为权利要求5所述的锂离子电池正极极片。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合粘结剂、锂离子电池正极极片及锂离子电池。本发明技术方案中的复合粘结剂，包括硫化聚合物和第一粘结剂，第一粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈类粘结剂、聚氨酯类粘结剂、聚酰亚胺类粘结剂中的一种或多种。锂离子电池正极极片包括正极材料、复合粘结剂、导电剂，正极材料、复合粘结剂、导电剂的质量百分比分别为80.0～96.0％、2.5～11.0％、1.5～9.0％。硫化聚合物，与第一粘结剂形成协同作用，可以抑制正极表面的副反应，减少对活性锂离子的消耗，提高了锂离子电池的容量。

技术研发人员：程亚军,许钰滔,夏永高
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16