正极极片、锂离子电池的制作方法

本申请涉及电池，特别是涉及一种正极极片、锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于具备能量密度大、工作温度范围宽、寿命长和可快速充放电等优点被广泛应用于智能手机、电脑、蓝牙、穿戴设备以及电动汽车等领域。锂离子电池的性能发挥离不开正极材料的贡献。市面上流通的正极材料较多，比如：磷酸铁锂正极材料、镍钴锰三元正极材料、钴酸锂正极材料、锰酸锂正极材料、富锂锰基正极材料、镍锰酸锂正极材料等，但是正极粘结剂的研究较少，选择比较单一，大部分正极极片制备时都使用聚偏氟乙烯作为粘结剂。聚偏氟乙烯作为单链无官能团的粘结剂，提供的结合位点有限，仅依靠较弱的分子间范德华力起粘接作用，而较弱的范德华力无法提供良好的粘结效果，正极材料使用时表现出松散的粘结状态，循环后正极材料极易脱落，从而产生高的电荷传输阻抗导致严重的电池极化，降低电极容量。同时，聚偏氟乙烯中的结晶相会阻碍电解液的渗透和锂离子的迁移，导致电池的循环性能和倍率性能较差。

2、因此，亟需寻找一种粘结剂和正极活性材料配合良好的正极极片，以期有效改善电池的循环性能和倍率性能。

技术实现思路

1、基于此，针对上述问题，本申请提供一种正极极片、锂离子电池，以解决上述技术问题。

2、本申请的第一方面提供了一种正极极片，该正极极片包括正极活性材料和复合粘结剂；

3、其中，正极活性材料包含至少一种过渡金属元素；

4、复合粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂，第一粘结剂和第二粘结剂交联形成复合粘结剂；

5、复合粘结剂与正极活性材料相互作用形成氢键；

6、复合粘结剂包含刚性基团。

7、在一些实施方式中，正极活性材料包括镍锰酸锂、镍钴锰三元材料、富锂锰基材料、钴酸锰中的一种或多种。

8、在一些实施方式中，第一粘结剂为聚合物，该聚合物包含氰基、不饱和羧酸、氨基基团中的一种或多种。

9、优选地，第一粘结剂为包含氰基基团的聚合物。

10、在一些实施方式中，不饱和羧酸包括丙烯酸、甲基丙烯酸、β-羧乙基丙烯酸中的一种或多种。

11、在一些实施方式中，第一粘结剂包括聚丙烯腈、聚(丙烯腈-共-苯乙烯-共-丁二烯)、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(丁二烯-共-丙烯酸酯)、聚(丁二烯-共-丙烯酸-共-丙烯腈)、聚(乙烯-共-丙烯酸酯)、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、聚乙烯亚胺、丁腈橡胶中的一种或多种。

12、优选地，第一粘结剂为聚丙烯腈。

13、在一些实施方式中，第二粘结剂包含刚性基团，刚性基团包括环状结构，环状结构包括杂环结构、芳香环结构中的至少一种。

14、在一些实施方式中，环状结构包括内酰亚胺环、含氧杂环戊烯、苯环中的至少一种。

15、在一些实施方式中，第二粘结剂包括聚酰亚胺、聚全氟(1,3-间二氧杂环戊烯)、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳香酰胺、聚芳香酰亚胺中的一种或多种。

16、优选地，第二粘结剂为聚酰亚胺。

17、在一些实施方式中，第一粘结剂在复合粘结剂中的质量百分比为40％～60％；第二粘结剂在复合粘结剂中的质量百分比为40％～60％。

18、在一些实施方式中，复合粘结剂在正极活性材料表面形成保护膜。

19、本申请的第二方面提供了一种锂离子电池，锂离子电池包括上述第一方面提供的正极极片、隔膜以及负极极片。

20、本申请的正极活性材料表面的羟基与复合粘结剂之间相互作用形成氢键，该种化学键作用力远高于范德华力，进而提高了两者之间的粘结强度，防止掉料现象的发生。另一方面，含有刚性基团的粘结剂一般存在质硬影响粘结效果的问题，通常不用于硬度较高的正极活性材料的粘结，而本申请通过两种粘结剂的交联方式引入了刚性基团，如此刚性基团与正极活性材料之间通过分子链形成稳定连接，正极活性材料仍能够与复合粘结剂有效粘结；同时，由于刚性基团的引入，复合粘结剂的离子传导性能和热力学性能也得到了显著提升。因此，本申请的正极极片倍率性能和循环性能得以明显改善。

技术特征：

1.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括正极活性材料和复合粘结剂；

2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料包括镍锰酸锂、镍钴锰三元材料、富锂锰基材料、钴酸锰中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述第一粘结剂为聚合物，所述聚合物包含氰基、不饱和羧酸、氨基基团中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的正极极片，其特征在于，所述不饱和羧酸包括丙烯酸、甲基丙烯酸、β-羧乙基丙烯酸中的一种或多种。

5.根据权利要求3或4所述的正极极片，其特征在于，所述第一粘结剂包括聚丙烯腈、聚(丙烯腈-共-苯乙烯-共-丁二烯)、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(丁二烯-共-丙烯酸酯)、聚(丁二烯-共-丙烯酸-共-丙烯腈)、聚(乙烯-共-丙烯酸酯)、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、聚乙烯亚胺、丁腈橡胶中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述第二粘结剂包含所述刚性基团，所述刚性基团包括环状结构，所述环状结构包括杂环结构、芳香环结构中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的正极极片，其特征在于，所述环状结构包括内酰亚胺环、含氧杂环戊烯、苯环中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的正极极片，其特征在于，所述第二粘结剂包括聚酰亚胺、聚全氟(1,3-间二氧杂环戊烯)、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳香酰胺、聚芳香酰亚胺中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述第一粘结剂在所述复合粘结剂中的质量百分比为40％～60％；

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1～9任一项所述的正极极片、隔膜以及负极极片。

技术总结
本申请涉及一种正极极片、锂离子电池，其中正极极片包括正极活性材料和复合粘结剂；正极活性材料包含至少一种过渡金属元素；复合粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂，第一粘结剂和第二粘结剂交联形成复合粘结剂；复合粘结剂与正极活性材料相互作用形成氢键；复合粘结剂包含刚性基团。本申请中的正极活性材料包含至少一种过渡金属元素，正极活性材料表面的羟基会与复合粘结剂之间相互作用形成氢键，进而提高了两者之间的粘结强度，防止掉料现象的发生，同时，使得粘结剂在正极活性材料表面分布的更加均匀。

技术研发人员：王凯,张雪,刘树港
受保护的技术使用者：清陶（昆山）能源发展股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24