锂离子电池及其制备方法、正极极片及用电装置与流程

本技术涉及二次电池，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法、正极极片及用电装置。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本技术有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

2、近年来，如锂离子电池等二次电池的应用范围越来越广泛，已广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等多个领域。然而传统的锂离子电池中正极极片的正极活性层存在因脆性较差而出现开裂的问题，以及膜片电阻较高的问题。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本技术提供一种锂离子电池以及包含该锂离子电池的用电装置，所述锂离子电池中的正极极片具有较好柔性，不易开裂，同时膜片电阻低。

2、本技术的第一方面，提供一种锂离子电池，包括正极极片，所述正极极片包括正极活性层，所述正极活性层的组分包括正极活性材料、分散剂和增柔剂；所述分散剂包括氢化丁腈橡胶，所述增柔剂包括含线性链段的化合物。

3、上述锂离子电池，在正极活性层中引入氢化丁腈橡胶作为分散剂的同时，引入含线性链段的化合物作为增柔剂，增柔剂中线性链段能够协同氢化丁腈橡胶中的丁二烯结构单元，降低正极极片的脆性、提升柔性，同时还能够有效提升材料在浆料中的分散性，减少凝胶，进而降低锂离子电池的膜片电阻。

4、在其中一些实施方式中，所述线性链段包括c6~c18烷基、芳基-o-c6~c36烷基、极性基团取代的c2~c18烷基、极性基团取代的-o-c6~c24烷基碳链、聚醚链段、聚胺链段和聚硅氧烷链段中的一种或多种的共聚链段。

5、在其中一些实施方式中，所述极性基团各自独立地包括酯基、酰胺基、胺基甲酸酯基、羧基、羟基和胺基中的一种或多种。

6、通过采用合适结构的增柔剂，能够进一步改善正极极片的柔性，减少开裂，降低膜片电阻，提升锂离子电池的首次库伦效率和循环容量保持率。进一步地，合理控制增柔剂中的线性链段的长度（各n值），能够获得更低的正极极片的脆性和膜片电阻，以及更高的首次库伦效率和循环容量保持率。

7、在其中一些实施方式中，所述增柔剂包含聚醚链段，具有如下所示结构特征：

8、

9、其中，r1各自独立地包括c1~c18烷基或c6~c12芳基；

10、g1、g2各自独立地包括c1~c18烷基、c6~c18芳基、c1~c18酯基、c1~c18酰胺基、c1~c18胺基甲酸酯基或羟基；

11、10≤n1≤500。

12、在其中一些实施方式中，所述增柔剂包含聚胺链段，具有如下所示结构特征：

13、

14、其中，r2各自独立地包括c1~c18烷基或c6~c12芳基；

15、r3各自独立地包括h、c1~c18烷基或c6~c12芳基；

16、g3、g4各自独立地包括c1~c18烷基、c6~c18芳基、c1~c18酯基、c1~c18酰胺基或胺基；

17、10≤n2≤500。

18、在其中一些实施方式中，所述增柔剂包含聚胺链段与聚醚链段的共聚链段，具有如下所示结构特征：

19、

20、其中，r4各自独立地包括c1~c18烷基或c6~c12芳基；

21、r5各自独立地包括h、c1~c18烷基或c6~c12芳基；

22、r6各自独立地包括c1~c18烷基或c6~c12芳基；

23、g5、g6各自独立地包括c1~c18烷基、c6~c18芳基、c1~c18酯基、c1~c18酰胺基、c1~c18胺基甲酸酯基、羟基或胺基；

24、10≤n3+ n4≤500。

25、在其中一些实施方式中，所述增柔剂包含聚硅氧烷链段，具有如下所示结构特征：

26、

27、其中，r7、r8各自独立地包括c1~c18烷基、c6~c12芳基、聚醚链段或聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚共聚链段；

28、g7、g8各自独立地包括c1~c18烷基、c6~c12芳基、羟基或胺基；

29、10≤n5≤500。

30、在其中一些实施方式中，所述化合物中包含杂原子，所述杂原子包括o、n和p中的一种或多种。

31、在其中一些实施方式中，所述增柔剂与所述分散剂的质量比为10:1~1:10。合理控制二者的质量比，能够兼顾较地的膜片电阻以及更好的极片柔性。进一步地，所述增柔剂与所述分散剂的质量比为3:1~1:3。

32、进一步地，合理控制所述氢化丁腈橡胶的重均分子量、氢化比例、丙烯腈结构单元的摩尔占比等，能够提升浆料的分散稳定性，降低膜片电阻，同时使极片具有较好的柔性。

33、在其中一些实施方式中，所述氢化丁腈橡胶具备如下特征(1)~(3)中的至少一个：

34、（1）重均分子量为500~1000000；

35、（2）氢化比例为10%~100%；

36、（3）丙烯腈结构单元的摩尔占比为5%~30%。

37、在其中一些实施方式中，所述氢化丁腈橡胶具备如下特征(1)~(3)中的至少一个：

38、（1）重均分子量为1000~200000；

39、（2）氢化比例为30%~50%；

40、（3）丙烯腈结构单元的摩尔占比为10%~20%。

41、在其中一些实施方式中，所述增柔剂在所述正极活性层中的质量百分比为0.05%~0.5%。

42、在其中一些实施方式中，所述正极活性材料的种类包括锂过渡金属氧化物和橄榄石结构的含锂磷酸盐中的一种或多种。

43、在其中一些实施方式中，所述锂过渡金属氧化物包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物及其改性化合物中的一种或多种；及/或

44、所述橄榄石结构的含锂磷酸盐包括磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的一种或多种。

45、在其中一些实施方式中，所述正极活性层的组分还包括粘结剂。

46、在其中一些实施方式中，所述粘结剂具备如下特征(1)~(2)中的至少一个：

47、（1）所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的一种或多种；

48、（2）所述正极活性层中，所述粘结剂的质量百分比为1%~2.5%。

49、本技术的第二方面，提供一种锂离子电池的制备方法，包括正极活性层的制备步骤：

50、将正极活性层的组分和溶剂混合，制备正极浆料；所述正极活性层的组分包括正极活性材料、分散剂和增柔剂；所述分散剂包括氢化丁腈橡胶，所述增柔剂包括含线性链段的化合物；

51、将所述正极浆料成型，制备所述正极活性层。

52、在其中一些实施方式中，将所述正极活性层的组分和溶剂混合的步骤包括：

53、先将分散剂、增柔剂和部分溶剂进行混合，然后将所得的混合物料与其余组分混合；其中，所述混合物料的固含量为5%~75%。

54、在其中一些实施方式中，所述混合物料的固含量为7%~20%。

55、在其中一些实施方式中，所述正极活性层的组分包括正极活性材料、分散剂和增柔剂；所述分散剂包括氢化丁腈橡胶，所述增柔剂包括含线性链段的化合物。

56、在其中一些实施方式中，所述的正极极片为如上所述的锂离子电池中的所述正极极片。

57、本技术的三方面，提供一种用电装置，包括如上所述的锂离子电池、如上所述的制备方法制备得到的锂离子电池以及如上所述的正极极片中的至少一种。