用于固体电解质类全固态锂二次电池的粘结剂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于全固态锂二次电池的粘结剂

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于固体电解质类全固态锂二次电池的粘结剂、包括其的全固态锂二次电池阳极


[0001]本专利技术涉及用于固体电解质类全固态锂二次电池的粘结剂
、
包括其的全固态锂二次电池阳极
、
包括其的全固态锂二次电池隔膜以及固体电解质类全固态锂二次电池，更详细地，涉及一种不与硫化物类固体电解质反应，且具有对非极性溶剂
(p
‑
xylene)
的溶解性以及商用
LIB
粘结剂
(PVDF)
以上的粘结力的用于固体电解质类全固态锂二次电池的粘结剂
、
包括其的全固态锂二次电池阳极
、
包括其的全固态锂二次电池隔膜以及固体电解质类全固态锂二次电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池
(LIB)
由于高能量功率密度
(High energy and power density)
和优异充电性
(good rechargeability)
，长期以来一起被使用，但由于易燃液体电解质
(flammable liquid electrolytes)
导致的安全性问题，难以应用于电动汽车和储能设备等
。
另外，全固态锂二次电池
(All
‑
solid
‑
state lithium secondary batteries
，
ASSB)
由于非易燃固体电解质
>(SE)
，作为可以解决
LIB
安全性问题的新一代电池而倍受瞩目，尽管有这种优点，全固态锂二次电池由于构成要素为固体，因而颗粒间的界面电阻成为改善电芯性能的主要障碍，而且由于缺乏具有拓展性的电池制造工艺，在商业化方面困难重重
。
[0003]因此，在过去数十年间，对诸如硫化物
(Li2SP
2S
5、Li7P3S
11
、Li
10
GeP2S
12
)、
氧化物
(Li4SiO4‑
Li3PO4、Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3、Li
3x
La
2/3x
TiO3)
和氮化物
(Li3N、LiPON)
的无机固体电解质进行了大量研究，证实了一些硫化物类固体电解质表现出有机液体电解质水平的离子导电性
。
其中，硫银锗矿
(argyrodites)Li6PS
5X
(X
＝
Cl、Br、I)
由于一部分硫被卤素原子取代而改善了离子导电性和化学稳定性，特别是
Li6PS5Cl
由于离子导电性高
(
室温下
1.3
×
103S cm
‑1)、
价格低
、
制造方法容易，最是倍受瞩目
。
另外，在硫银锗矿与
LiCoO2、LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2及
LiMn2O4电极材料的界面稳定性研究中发现，硫银锗矿的可逆电化学行为还有助于全固态锂二次电池保持容量，从而提高了全固态锂二次电池的商用化可能性
。
[0004]但是，非易燃固体电解质
(SE)
虽然实现了高离子导电性，但在电池制造方面尚需大量研究
。
特别是硫化物类固体电解质对极性溶剂表现出强化学反应性，引起各种电池特性的冲突，因而成为全固态锂二次电池商用化的主要障碍
。
全固态锂二次电池根据电极的厚度而分为薄膜电池
(<10
μ
m)
和块状电池，用于高能量密度的块状电池根据制造工艺方式再分为基于粉末压实
(powder compression)
的颗粒型电池和基于溶液工艺的片型电池
。
[0005]为了在以卷对卷
(roll
‑
to
‑
roll)
方式批量生成全固态锂二次电池的同时形成与电芯能量密度直接相关的薄而均匀的固体电解质层，要求片型的溶液工艺，因此，作为溶剂工艺中必需要素的粘结剂的重要性增大
。
特别是相比液体电解质的锂二次电池，在所有电极材料为固体的全固态锂二次电池中，粘结剂的重要性更大
。
对于锂离子电池而言，即使电极材料之间因活性物质体积反复变化而发生断开，锂离子也可以借助液体状态的电解质而移动
。
但是，对于全固态锂二次电池，电极材料界面一旦因粘结剂的弱粘结力等而断开一
次，则相应电极材料在电极内永久隔离，因而在全固态锂二次电池中，粘结剂具有超出电极材料间单纯连接的意义
。
[0006]另一方面，聚合物型粘结剂的粘结特性取决于聚合物链的柔性和官能团
。
粘结剂高分子的官能团与集流体和电极材料表面形成化学键以表达粘结特性，连续结构的聚合物链抑制电极材料的体积膨胀，有助于提高电极的粘结力
。
具有与此相应的高分子结构的普通聚合物粘结剂，例如聚偏二氟乙烯
(PVDF)、
聚乙烯醇
(PVA)、
羧甲基纤维素
(CMC)
，由于强极性官能团而表现出高粘结力，另一方面，由于只溶解于高极性的溶剂
(NMP、
水等
)
，因而无法用作用于全固态锂二次电池的粘结剂
。
[0007]因此，目前报告的溶液工艺全固态锂二次电池应用可分散于诸如二甲苯
(xylene)、
甲苯
(toluene)
等非极性或极小极性的极性非质子性溶剂
(very less polar aprotic solvents)
的极性小的粘结剂，例如丁二烯橡胶
(BR)、
丁苯橡胶
(SBR)、
苯乙烯
‑
乙烯
‑
丁烯
‑
苯乙烯共聚物
(SEBS)、
丁腈橡胶
(NBR)、
乙基纤维素等，但相应电极的粘结不足，而且也缺少关于电极内的结合机制的信息
。
[0008]另外，全固态锂二次电池以固体电解质取代原有挥发性有机液体电解质，不仅稳定性好，而且在高能量密度性能方面具有优势，但在制造工艺方面，生产过程受限于复杂的干法工艺，尚未实现商用化和量产
。
[0009]另一方面，全固态电池不同于原有锂离子电池，不需要另外的高分子隔膜，由独立的固体电解质层发挥隔膜作用
。
在数十微米厚度以下固体电解质隔膜层的形成方法中，在全固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于全固态锂二次电池的粘结剂，所述用于全固态锂二次电池的粘结剂在二烯类高分子上枝接有包含极性官能团的链，其特征在于，所述二烯类高分子为丁二烯高分子或异戊二烯高分子，所述极性官能团基于偶极矩而具有对电极或固体电解质的强引力，所述具有极性官能团的化合物相对于二烯类高分子的单体的摩尔比为
0.1
至
30。2.
根据权利要求1所述的用于全固态锂二次电池的粘结剂，其特征在于，所述极性官能团为选自由羧基
、
羟基
、
酯基
、
胺基及他们的盐构成的组的任一种
。3.
根据权利要求1所述的用于全固态锂二次电池的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包含高分子，所述高分子在二烯类高分子上枝接有选自由巯基
、
过氧化氢
、
过氧酸
、
臭氧
、
卤素
、
硅烷和磺酰肼构成的组的一种以上化合物
。。4.
根据权利要求3所述的用于全固态锂二次电池的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂在二烯类高分子上枝接有巯基化合物的极性官能团
。5.
根据权利要求4所述的用于全固态锂二次电池的粘结剂，其特征在于，所述巯基化合物借助硫醇基枝接于所述二烯类高分子
。6.
根据权利要求1所述的用于全固态锂二次电池的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂为在所述二烯类高分子上枝接有羧酸化合物的极性官能团
。7.
根据权利要求6所述的用于全固态锂二次电池的粘结剂，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔壮旭，李泰根，
申请(专利权)人：首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：