目前,作为负极的最普通的工业制造方法,是通过使用含有负极活性物质和粘合剂的负极混合浆料涂布在铜等负极集电体(集流体)表面形成负极层的方法。粘合剂使活性物质之间以及活性物质和集电体相粘结,防止活性物质从集电体剥离,因而是必要的。 目前用于工业上碳材料负极的粘合剂主要有聚偏氟氯乙烯(PVDF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)的溶解液,丁苯橡胶(SBR)和/或羧甲基纤维素钠(CMC)的水分散混合液等。PVDF作为使碳材料之间一体化的粘合性很优异,但存在与铜等集电体金属的密合性不理想,反复充放电过程中易造成活性物质的碳材料从集电体剥离而使电池容量降低,导致电池循环寿命变短的缺陷。如果进一步增加粘合剂量,则会产生因活性物质填充量相对降低而产生电池容量降低的新问题。采用SBR、CMC的混合水溶液则存在降低电池容量的不足。对于硅、锡、或包含这些成分的合金类充放电容量较大的活性物质,会随着充放电而发生非常大的体积变化。若在包含这类活性物质的电极中使用PVDF或SBR等通用的粘合剂,会因体积变化而发生活性物质层的破坏(裂纹和微粉化)、或集电体与活性物质层的界面剥离,最终导致电池的循环特性降低。 1. 选用非对称结构的二酐和非对称结构的二胺作单体并控制聚合所得聚酰胺酸的重均分子量,使所制备的聚酰胺酸在发生酰亚胺化反应后得到的聚酰亚胺结构中存在更为明显的空穴结构效应和更低的自身极性(极性基团的本征解离),更易形成疏松的分子链堆砌和减薄固体电解质界面膜厚度,从而更有利于锂离子传输并减小负极不可逆嵌锂的影响,提高粘结剂的离子传导率,进而提升锂离子电池的首次库伦效率。 2. 采用非对称结构单体缩聚合成的聚酰胺酸经过酰亚胺化反应形成的聚酰亚胺结构中同时存在较高程度的无定形相,可以进一步优化锂电池体系中锂离子传导,即锂离子可以在聚酰亚胺结构中局部松弛链段的无定形相中快速迁移,促使粘结剂具有良好的机械性能、较高室温电导率以及较宽的化学稳定窗口等,进一步优化锂离子电池的循环稳定性、初始库伦效率及高倍率等特性。 3. 控制二酐和二胺的摩尔比得到氨基封端的聚酰胺酸高聚物分子链的技术手段,通过两侧端基(-NH2)铆钉于负极活性物质(如微纳米硅粉等)表面,同时自身以共价键、氢键等化学键合活性物质表面活性基团综合形成强有力的粘合力抑制充放电时活性材料硅粉体积膨胀收缩循环变化,减少活性材料内应力,消除因其涨缩导致粘合剂自身的破坏、活性物质层的破坏、活性物质与粘合剂的界面及与集电体的剥离的影响,优化锂离子电池循环稳定特性。 4. 通过控制聚酰胺酸溶液酰亚胺化反应后酰亚胺环基的浓度(控制聚酰亚胺分子链结构中酰亚胺环上酮羰基与Li+之间的烯醇化反应)可以进一步优化提升锂离子电池的首次库伦效率。 5. 采用本发明所述粘结剂配制锂电池负极浆料,所制备的电池首次库伦效率≥92%,100圈循环容量保持率≥95%,100圈循环前后极片Z向(厚度方向)膨胀率≤80%。