电极粘结剂、正极材料以及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池电极粘结剂，由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到。本发明专利技术还涉及一种正极材料及锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极、隔膜及电解质溶液，该正极材料包括正极活性物质、导电剂及上述粘结剂。

Electrode binders, cathode materials and lithium-ion batteries

The invention relates to a lithium ion battery electrode binder, which is prepared by the polymerization of diamine monomers and dianhydride monomers. The invention also relates to a cathode material and a lithium ion battery. The lithium ion battery comprises a positive electrode, a negative electrode, a diaphragm and an electrolyte solution. The cathode material comprises a positive active material, a conductive agent and the above binder.

【技术实现步骤摘要】
电极粘结剂、正极材料以及锂离子电池
本专利技术涉及一种粘结剂、正极材料及应用该粘结剂的锂离子电池。
技术介绍
随着便携式电子产品的快速发展和普遍化，锂离子电池的市场需求与日俱增。与传统二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境污染小等优点。然而，近年来用于手机、笔记本电脑中的锂电池爆炸伤人事件屡屡发生，锂离子电池的安全问题已引起人们的广泛关注。锂离子电池在过度充放电、短路以及大电流长时间工作的情形下会释放出大量的热，可能发生热失控引起电池燃烧或爆炸，而电动汽车等应用领域对电池有更加严苛的安全要求。因此，锂离子电池的安全性研究具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种能够提高锂离子电池安全性能的电极粘结剂、正极材料及应用该电极粘结剂的锂离子电池。一种电极粘结剂，是由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚合物，该二酐类单体包括由分子通式由式(1)、式(2)及式(3)表示的单体中的至少一种，该二胺类单体至少包括由式(4)表示的单体，式（3）中R为二价有机取代基，（1）；（2）；（3）；(4)。一种正极材料，包括上述电极粘结剂。一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜及电解质溶液，该正极包括上述正极材料。本专利技术通过有机二胺类化合物与二酐类单体通过聚合反应一种聚合物，该聚合物不但具有较好的粘度，在锂离子电池正极充放电电压区间不会影响电池的正常充放电循环，且能够具有较好的热稳定性，在作为粘结剂的同时对正极起到对过充保护的作用。附图说明图1为本专利技术实施例2的锂离子电池的循环性能曲线。图2为本专利技术实施例2与比较例1的锂离子电池的交流阻抗谱。图3为本专利技术实施例6的锂离子电池的过充电时电池的电压及温度随时间变化曲线。图4为本专利技术比较例2的锂离子电池的过充电时电池的电压及温度随时间变化曲线。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的电极粘结剂及其制备方法、正极材料及应用该电极粘结剂的锂离子电池作进一步的详细说明。本专利技术实施方式提供一种用于锂离子电池的电极粘结剂，是由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚合物。该二酐类单体的分子通式由式(1)、式(2)或式(3)表示。（1）（2）（3）式（3）中R为二价有机取代基，具体可以是双酚A基,-O-,-S-,-CH2-。该二酐类单体包括但不局限于双酚A型二醚二酐、二苯醚四甲酸二酐、均苯四甲酸酐及3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐中的一种或多种。该二胺类单体至少包括由式(4)表示的单体。(4)另外，该二胺类单体还可进一步包括由式(5)表示的单体。(5)其中R4为二价有机取代基，具体可以是-(CH2)n-，-O-，-S-，-CH2-O-CH2-，-CH(NH)-(CH2)n-,,,或。其中，式(4)的单体和式(5)的单体的摩尔比可以为1:2~10:1，优选为1:1~3:1。该二酐类单体与该二胺类单体的总的摩尔比可以为1:10~10:1，优选为1:2~4:1。该电极粘结剂的分子量可以为1000~50000。本申请进一步提供一种电极粘结剂的制备方法，包括将二酐类单体与该二胺类单体聚合的步骤，具体是将上述二胺类单体与二酐类单体在有机溶剂中混合、加热并搅拌，使反应充分进行，得到该电极粘结剂。可以将上述二胺类单体在有机溶剂中溶解形成二胺溶液。该二胺溶液中二胺类单体与有机溶剂的质量比可以为1:100~1:1，优选为1:10~1:2。可以将上述二酐类单体在有机溶剂中溶解形成二酐溶液。该二酐溶液中二酐类单体与有机溶剂的质量比可以为1:100~1:1，优选为1:10~1:2。该有机溶剂为能够溶解该二酐类单体与该二胺类单体的有机溶剂，例如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、碳酸丙烯酯及N-甲基吡咯烷酮。可以通过输送泵以一定速率将二酐溶液与二胺溶液中的一种输送至另一种中，输送完毕后持续搅拌一定时间，使反应充分进行。该混合搅拌的时间可以为2小时~72小时，优选为12小时~24小时。该聚合反应的反应温度可以为160℃~200℃。在上述聚合反应的过程中可进一步加入催化剂，该催化剂可以为苯甲酸、苯磺酸、苯乙酸、吡啶、喹啉、吡咯、咪唑中的一种或多种，催化剂的加入量为二酐单体与二胺单体总质量的0.5-5wt%。具体地，可先将二酐类单体与该二胺类单体在有机溶剂中完全溶解；随后升温至30℃~60℃，持续搅拌反应1小时~10小时，优选为2小时~4小时；最后加入催化剂并升温至160℃~200℃，持续搅拌反应6小时~48小时，优选为12小时~24小时，得到所述聚合物。在反应完毕后可进一步将该电极粘结剂提纯，具体为将生成的聚合物溶液通过一洗涤试剂进行洗涤并烘干，得到电极粘结剂。该催化剂及反应溶剂溶于该洗涤试剂，而该电极粘结剂在该洗涤试剂中不溶，从而形成沉淀。该洗涤试剂可以为水、甲醇、乙醇、甲醇与水的混合溶液或乙醇与水的混合溶液（甲醇或乙醇的浓度为5-99wt%）。本专利技术实施方式提供一种正极材料，包括正极活性物质、导电剂及上述由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚合物作为正极粘结剂。该正极粘结剂可以与该正极活性物质及导电剂均匀混合。该正极粘结剂在该正极材料中的质量百分含量可以为0.01%~50%，优选为1%~20%。该正极活性物质可以为层状结构的锂-过渡金属氧化物，尖晶石型结构的锂-过渡金属氧化物以及橄榄石型结构的锂-过渡金属氧化物中的至少一种，例如，橄榄石型磷酸铁锂、层状结构钴酸锂、层状结构锰酸锂、尖晶石型锰酸锂、锂镍锰氧化物及锂镍钴锰氧化物。该导电剂可以为碳素材料，如碳黑、导电聚合物、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管及石墨中的一种或多种。本专利技术实施方式提供一种负极材料，包括负极活性物质、导电剂及上述由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚合物作为负极粘结剂。该负极粘结剂可以与该负极活性物质及导电剂均匀混合。该负极粘结剂在该负极材料中的质量百分含量可以为0.01%~50%，优选为1%~20%。该负极活性物质可以为现有的，如钛酸锂、石墨、相碳微球(MCMB)、乙炔黑、微珠碳、碳纤维、碳纳米管及裂解碳中的至少一种。该导电剂可以为碳素材料，如碳黑、导电聚合物、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管及石墨中的一种或多种。该导电剂可以为现有的，如碳素材料，如碳黑、导电聚合物、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管及石墨中的一种或多种。本专利技术实施例进一步提供一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜及电解质溶液。该正极与负极通过所述隔膜相互间隔。该正极及负极中的至少一方可以采用上述由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚合物作为粘结剂。所述正极可进一步包括一正极集流体及设置在该正极集流体表面的正极材料。所述负极可进一步包括一负极集流体及设置在该负极集流体表面的负极材料。该负极材料与上述正极材料相对且通过所述隔膜间隔设置。当该正极材料包括所述由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚合物作为正极粘结剂时，该负极材料可采用现有的粘结剂，当该负极材料包括所述由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚合物作为负极粘结剂时，该正极材料可以采用现有的粘结剂。现有的粘结剂可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏（二）氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、氟类橡胶、三元乙丙橡胶及丁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池电极粘结剂，是由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚酰亚胺聚合物，该二酐类单体包括由分子通式由式(1)、式(2)及式(3)表示的单体中的至少一种，该二胺类单体至少包括由式(4)表示的单体，式(3)中R为双酚A基,‑O‑,‑S‑,或‑CH2‑，

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电极粘结剂，是由二胺类单体与二酐类单体通过聚合反应得到的聚酰亚胺聚合物，该二酐类单体包括由分子通式由式(1)、式(2)及式(3)表示的单体中的至少一种，该二胺类单体至少包括由式(4)表示的单体，式(3)中R为双酚A基,-O-,-S-,或-CH2-，2.如权利要求1所述的锂离子电池电极粘结剂，其特征在于，该二酐类单体包括双酚A型二醚二酐、二苯醚四甲酸二酐、均苯四甲酸酐及3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐中的一种或多种。3.如权利要求1所述的锂离子电池电极粘结剂，其特征在于，该二胺类单体进一步包括由式(5)表示的单体，其中R4为二价有机取代基，4.如权利要求3所述的锂离子电池电极粘结剂，其特征在于，R4是-(CH2)n-，-O-，-S-，-CH2-O-...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱冠男，何向明，王莉，尚玉明，李建军，罗晶，徐程浩，高剑，王要武，
申请(专利权)人：江苏华东锂电技术研究院有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32