CN107394208A - 一种水系粘结剂及应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法 - Google Patents

一种水系粘结剂及应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水系粘结剂及应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，由聚氧化乙烯、辅助粘结剂与消泡剂按重量比例20‑30:0‑5:0‑5混合组成；聚氧化乙烯的分子量为30w‑500w，聚氧化乙烯和去离子水的混合液固含量为5‰‑10%，辅助粘结剂为丁苯橡胶、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠中的一种或者两种去离子水配合的混合液，辅助粘结剂固含量为30%‑70%。本发明提供的水系粘结剂成本低，无毒环保，一方面在保证了固态电池基本性能的基础上，降低锂离子电池生产的投资成本，另一方面减少因正极配料使用NMP造成的环境污染基对员工的伤害。具有良好的吸附性能和化学性能，并有着极好的粘结性。

Description

一种水系粘结剂及应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池的制造领域，具体涉及一种水系粘结剂及
应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法。
背景技术
目前国内固态锂离子电池浆料体系基本还是采用油系体系，及采用有机材料NMP（N-甲基吡咯烷酮）作为溶剂。使用油系体系有很多弊端：1、NMP本身有一定的毒性，对生产员工的身体不利和不利于环保；2、与水系相比NMP价格较高且不易回收使生产成本增加；3、NMP沸点高，涂步及后续烘烤极片时烤箱温度设置相对较高，增加了耗能提高了生产成本；4、配料、涂步环境湿度要求高，配料、涂步车间需要安装相应的除湿设备，增加了设备投资。
有鉴于此，亟需一种能在保证电池基本性能的基础上，适当降低锂离子电池生产的投资成本，并减少因正极配料使用NMP造成的环境污染及对员工身体的伤害的替代物质。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种用于固态锂电池电极浆料的水性粘结剂，其在保证电池基本性能的基础上，能降低锂离子电池生产的投资成本，并且环保，对人体无害，选用聚氧化乙烯用在固态电池电极里作为粘结剂的同时，还可以增大电极和固态电解质之间的接触，减小极化，提升电池倍率性能及循环寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种水系粘结剂，其创新点在于：由聚氧化乙烯、辅助粘结剂与消泡剂按重量比例20-30:0-5:0-5混合组成；所述聚氧化乙烯的分子量为30w-500w，所述聚氧化乙烯和去离子水的混合液固含量为5‰-10%，所述辅助粘结剂为丁苯橡胶、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠中的一种或者两种去离子水配合的混合液，所述辅助粘结剂固含量为30%-70%；所述消泡剂为乙醇、乙二醇、丙二醇中的一种或多种混合物。
本发明的另一个目的是公开一种应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，其创新点在于：具体步骤如下：
（1）将水系粘结剂和正极材料或负极材料以及锂盐在常温物理搅拌下混合制备成均匀的浆料，所述水系粘结剂占浆料总质量的5%-30%；
（2）将步骤（1）中的浆料均匀涂布在铝箔或铜箔上；
（3）然后烘烤后做成正极片或负极片。
进一步的，所述步骤（1）中的正极材料由重量百分比为65-95%的活性物质和重量百分比为1-5%的导电剂组成。
进一步的，所述活性物质为磷酸铁锂，所述导电剂选用导电炭黑、乙炔黑或导电石墨中的一种或多种的混合。
进一步的，所述步骤（1）中的锂盐为LiTFSI。
进一步的，所述步骤（3）中的烘烤温度为80-90℃。
进一步的，所述浆料的具体制作方法如下：
（a）将聚氧化乙烯和去离子水混合，以30-40Hz的速度搅拌30-60min；
（b）向上述混合液中加入占浆料总质量2%-3%的锂盐，以30-40Hz的速度搅拌30-60min；
（c）然后加入占浆料总质量0.05%-3%的导电剂，以40-50Hz的速度搅拌60-120min；
（d）然后加入占浆料总质量30%-50%的活性物质，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；
（e）然后加入占浆料总质量0.05%-2%的辅助粘结剂，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；
（f）最后加入占浆料总质量10%-25%的去离子水和占浆料总质量0.5%-3%的消泡剂，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；然后将得到的浆料在100-150目筛中过筛出料，完成浆料的制备。
本发明的有益效果如下：本发明提供的水性粘结剂，无毒环保，一方面在保证电池基本性能的基础上，降低固态锂离子电池生产的投资成本，另一方面减少因正极配料使用NMP造成的环境污染基对员工身体的伤害，具有良好的吸附性能和化学性能，并有着极好的粘结性，同时该水性粘结剂与正极浆料或负极浆料其他材料包括活性物质导电剂材料不发生任何化学反应。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
一种水系粘结剂，由聚氧化乙烯、辅助粘结剂与消泡剂按重量比例20-30:0-5:0-5混合组成；聚氧化乙烯的分子量为30w-500w，聚氧化乙烯和去离子水的混合液固含量为5‰-10%，辅助粘结剂为丁苯橡胶、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠中的一种或者两种去离子水配合的混合液，辅助粘结剂固含量为30%-70%；消泡剂为乙醇、乙二醇、丙二醇中的一种或多种混合物。
一种应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，具体步骤如下：
（1）将水系粘结剂和正极材料或负极材料以及锂盐在常温物理搅拌下混合制备成均匀的浆料，水系粘结剂占浆料总质量的5%-30%； 锂盐为LiTFSI；
（2）将步骤（1）中的浆料均匀涂布在铝箔或铜箔上；
（3）然后烘烤后做成正极片或负极片，烘烤温度为80-90℃。
步骤（1）中的正极材料由重量百分比为65-95%的活性物质和重量百分比为1-5%的导电剂组成。
活性物质为磷酸铁锂，导电剂选用导电炭黑、乙炔黑或导电石墨中的一种或多种的混合。
浆料的具体制作方法如下：
（a）将聚氧化乙烯和去离子水混合，以30-40Hz的速度搅拌30-60min；
（b）向上述混合液中加入占浆料总质量2%-3%的锂盐，以30-40Hz的速度搅拌30-60min；
（c）然后加入占浆料总质量0.05%-3%的导电剂，以40-50Hz的速度搅拌60-120min；
（d）然后加入占浆料总质量30%-50%的活性物质，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；
（e）然后加入占浆料总质量0.05%-2%的辅助粘结剂，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；
（f）最后加入占浆料总质量10%-25%的去离子水和占浆料总质量0.5%-3%的消泡剂，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；然后将得到的浆料在100-150目筛中过筛出料，完成浆料的制备。
以下为本发明提供的固态锂电池的具体制作方法的一个较佳实施例：
一、电池正极的制备
正极配比：磷酸铁锂:导电剂:主粘结剂:锂盐(30w分子量PEO，固含量10%)=80:5:10:5
正极浆料制备搅拌工艺：第1步，将主粘结剂加入搅拌桶中，加入占浆料总重20%的去离子水，以30-40Hz的速度搅拌30分钟；
第2步，加入占浆料总重2.5%的锂盐，以30-40Hz的速度搅拌60分钟；
第3步，加入占浆料总重2.5%的导电剂，以40-50Hz的速度搅拌60-120分钟；
第4步，加入浆料总重42.5%的活性物质磷酸铁锂以及占浆料总重27.5%的去离子水，以30-40Hz的速度搅拌120分钟；
第5步，将第4步搅拌后的浆料过120目筛出料。
正极浆料制备完成后，在80-90℃下将该浆料均匀涂布在铝箔上，在80-90℃下烘干做成正极片。
二、固态电解质的制备：固态电解质使用30w-100w分子量的PEO，与锂盐及乙腈按照质量比1:0.3259:9的比例均匀搅拌制备，然后涂布，在50℃下烘干，制成厚度在100μm左右固态电解质膜。
三、水系正极固态电池的制备：将制备好的正极、锂带及电解质叠片制成卷芯，通过铝塑膜封装成软包电池。
四、作为对比的常规油系正极电池的制备：除正极采用常规油系NMP作为溶剂外，其电解质膜制作工艺均与本发明电池相同。
五、对本发明电池及常规油系正极电池进行基本电性能测试，测试对比数据如下：
从以上数据可以看出，利用本发明提供的水性粘结剂制作出的固态锂电池在放电比容量和放电中值电压以及循环性能方面均较好。
综上所述，本发明提供的水系粘结剂成本低，无毒环保，一方面在保证了固态电池基本性能的基础上，降低锂离子电池生产的投资成本，另一方面减少因正极配料使用NMP造成的环境污染基对员工的伤害。具有良好的吸附性能和化学性能，并有着极好的粘结性；除此之外，选用聚氧化乙烯用在固态电池电极里作为粘结剂的同时，还可以增大电极和固态电解质之间的接触，减小极化，提升电池倍率性能及循环寿命。该水系粘结剂与正极浆料及其他材料包括活性物质、导电剂、锂盐材料不发生任何化学反应。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种水系粘结剂，其特征在于：由聚氧化乙烯、辅助粘结剂与消泡剂按重量比例20-30:0-5:0-5混合组成；所述聚氧化乙烯的分子量为30w-500w，所述聚氧化乙烯和去离子水的混合液固含量为5‰-10%，所述辅助粘结剂为丁苯橡胶、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠中的一种或者两种去离子水配合的混合液，所述辅助粘结剂固含量为30%-70%；所述消泡剂为乙醇、乙二醇、丙二醇中的一种或多种混合物。
2.一种如权利要求1所述的应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）将水系粘结剂和正极材料或负极材料以及锂盐在常温物理搅拌下混合制备成均匀的浆料，所述水系粘结剂占浆料总质量的5%-30%；
（2）将步骤（1）中的浆料均匀涂布在铝箔或铜箔上；
（3）然后烘烤后做成正极片或负极片。
3.根据权利要求2所述的一种应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中的正极材料由重量百分比为65-95%的活性物质和重量百分比为1-5%的导电剂组成。
4.根据权利要求3所述的一种应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，其特征在于：所述活性物质为磷酸铁锂，所述导电剂选用导电炭黑、乙炔黑或导电石墨中的一种或多种的混合。
5.根据权利要求2所述的一种应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中的锂盐为LiTFSI。
6.根据权利要求2所述的一种应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中的烘烤温度为80-90℃。
7.根据权利要求2所述的一种应用水系粘结剂的锂电池极片的制作方法，其特征在于：所述浆料的具体制作方法如下：
（a）将聚氧化乙烯和去离子水混合，以30-40Hz的速度搅拌30-60min；
（b）向上述混合液中加入占浆料总质量0.7%-1.2%的锂盐，以30-40Hz的速度搅拌30-60min；
（c）然后加入占浆料总质量0.05%-3%的导电剂，以40-50Hz的速度搅拌60-120min；
（d）然后加入占浆料总质量30%-50%的活性物质，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；
（e）然后加入占浆料总质量0.05%-2%的辅助粘结剂，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；
（f）最后加入占浆料总质量10%-25%的去离子水和占浆料总质量0.5%-3%的消泡剂，以30-40Hz的速度搅拌30-120min；然后将得到的浆料在100-150目筛中过筛出料，完成浆料的制备。
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