锂离子二次电池的电极材料、电极和锂离子二次电池制造技术

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。

Electrode materials, electrodes and lithium-ion secondary batteries

【技术实现步骤摘要】
锂离子二次电池的电极材料、电极和锂离子二次电池
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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)：以及结构式(3)：的重复单元共同组成，以结构式(1)和结构式(2)以及结构式(3)的重复单元摩尔总数为基准，结构式(1)重复单元的摩尔含量在60％以上。在本申请的一些实施例中，所述聚酰胺酰亚胺化合物包含n2个重复的结构式(2)：表示的酰胺-酰亚胺结构的重复单元和n3个重复的结构式(3)：表示的酰胺-酰胺酸结构的重复单元，其中，n2和n3为大于等于1的正整数，R为二价亚芳香基，结构式(3)中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n2和n3的关系为：n2：(n2+n3)大于等于80％。在本申请的一些实施例中，R为或者其中A可以选自：-SO2-，-CO-，-C(CH3)2-，-O-，-S-。在本申请的一些实施例中，除所述聚丙烯酸和聚酰胺酰亚胺化合物以外，所述电极材料还可以包括其他粘结剂，所述其他粘结剂在所述活性材料中的质量比为8％以下，所述其他粘结剂包括：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟基丙烯纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯和丙烯腈类聚合物。在本申请的一些实施例中，所述电极活性物质为正极活性物质或者负极活性物质。在本申请的一些实施例中，所述正极活性物质包括：包含钴、镍、锰、钒的锂金属氧化物；包含铁、钴、镍、锰、钒的锂金属磷酸盐；包含铁、钴、镍、锰、钒的锂金属硅酸盐；钛酸锂；以及它们的组合。在本申请的一些实施例中，所述负极活性物质包括碳类材料，或锡、锡合金、锡氧化物、硅、硅合金、硅氧化物、硅碳复合材料以及它们的组合。本申请还提供了一种电极，所述电极包括集流体和负载在所述集流体上的如上所述的锂离子二次电池的电极材料。本申请还提供了一种锂离子二次电池，包括：正极、负极和非水电解质，其特征在于，所述正极和/或负极为如上所述的电极。本申请提供的锂离子二次电池电极材料、电极和锂离子二次电池中，电极粘结剂包含聚丙烯酸和聚酰胺酰亚胺化合物。以聚酰胺酰亚胺化合物作为电极粘结剂，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化合物作为粘结剂所引起的电池低温特性劣化。具体实施方式以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。下面结合实施例对本专利技术技术方案进行详细说明。本申请实施例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。其中，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％，例如1％，3％，5％，7％，9％等。在本申请的一些实施例中，所述电极活性物质的质量百分比为70％-99.7％，例如70％，75％，80％，85％，90％等。在本申请的一些实施例中，所述聚酰胺酰亚胺化合物的质量百分比为0.2％-20％，例如1％，5％，10％，15％，20％等。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，所述聚酰胺酰亚胺化合物包含n2个重复的结构式(2)：表示的酰胺-酰亚胺结构的重复单元和n3个重复的结构式(3)：表示的酰胺-酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于，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。/n

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，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。


2.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于，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％。


3.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于，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。


4.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于，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。


5.如权利要求4所述的电极材料，其特征在于，所述有机碱性化合物为胺类化合物，所述胺类化合物选自叔胺或者三乙胺。


6.如权利要求4所述的电极材料，其特征在于，所述聚酰胺-酰胺酸化合物还可以由结构式(1)：

和结构式(2)∶

以及结构式(3)∶

的重复单元共同组成，以结构式(1)和结构式(2)以及结构式(3)的重复单元摩尔总数为基准，结构式(1)重复单元的摩尔含量在60％以上。


7.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述聚酰胺酰亚胺化合物包含n2个重复的结构式(2)：



表示的酰胺-酰亚胺结构的重复单元和n3个重复的结构式...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁善火，李水晶，李根雨，
申请(专利权)人：凌帕新能源科技上海有限公司，四川新敏雅电池科技有限公司，湖南新敏雅新能源科技有限公司，山西科诺思新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31