CN108649226A - 一种水性粘结剂、制备方法及使用该粘结剂的锂离子电池 - Google Patents

一种水性粘结剂、制备方法及使用该粘结剂的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术，具体公开了一种水性粘结剂、制备方法及使用该粘结剂的锂离子电池，水性粘结剂的各组份的重量百分比组成为：水60‑90%，碱性物质1‑15%，聚丙烯酸10‑30%，上述各组份的重量百分比组成之和等于100%，本发明采用中和反应的方法制备得到的聚丙烯酸水性粘结剂，解决了浆料易沉降，电芯产气多的问题，且使用该水性粘结剂制备得到的锂离子电池电芯首效及容量都达到了明显的提升。

Description

一种水性粘结剂、制备方法及使用该粘结剂的锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术，尤其涉及一种水性粘结剂、制备方 法及使用该粘结剂的锂离子电池。
背景技术
随着电子产品及电动车对能量密度要求的提高，能量密度接近极 限的石墨阳极体系的锂离子电池逐渐不能满足要求，具有高容量的硅 基材料作为石墨材料的有力替代者成为目前研究的一个热点。但是硅 基材料首效低，目前已知循环性能较好的硅碳混合负极首效低于80％， 另外硅负极充电时的体积膨胀率高达300％，剧烈的体积变化导致负 极无法形成稳定的SE I膜，电池的循环性能较差，另外体积膨胀导致 材料粉化、破裂，从集流体脱落，电芯内阻增加，进一步加剧电芯的 性能下降。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种解决浆料易沉降，电芯产 气多，提升锂离子电池电芯首效及容量的水性粘结剂、制备方法及使 用该粘结剂的锂离子电池。
为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：一种水性 粘结剂，各组份的重量百分比组成为：水60-90％，碱性物质1-15％， 聚丙烯酸10-30％，上述各组份的重量百分比组成之和等于100％。
优选的，所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或氨水 中的至少一种，上述材料原料易得，且有利于避免引入其它族金属杂 质，使用上述碱性物质与聚丙烯酸的酸碱中和，有效改善浆料易沉降 和电芯预化时产气量大的问题。
优选的，所述聚丙烯酸的固含量为10-48％，有利于调节中和后 水性粘结剂的PH值范围。
本发明还提供了水性粘结剂的制备方法，具体过程为：在常温下， 将碱性物质加入水中，搅拌至完全溶解后，再将聚丙烯酸溶液缓慢加 入该水溶液中，机械缓慢搅拌0.5-1h，静置0.5-1h,待气泡消失后保 存备用，该方法制备得到的水性粘结剂有效改善了使用聚丙烯酸制备 的浆料易沉降和电芯预化时产气量大的问题。
优选的，本发明还提供了一种锂离子电池极片材料，各组份的重 量百分比组成为：正极活性物质或负极活性物质80-90％，导电剂 1-10％，水性粘结剂1-10％，上述各组份的重量百分比组成之和等于 100％。
优选的，所述负极活性物质为硅基材料或硅碳复合材料，使得制 备得到的电芯容量得到明显的提升。
优选的，所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、导电石墨、 导电碳管或导电碳纤维中的至少一种，具有粒径小，导电性能好的优 点，在电池中能够起到较好的吸液保液作用。
优选的，本发明还提供了锂离子电池的制备方法，包括以下步骤： S1、将负极片、隔膜、正极片依次叠成电芯，电焊极耳，使用铝塑膜 封装；S2、将封装后的电芯在85-100℃条件下干燥24-36小时，待 负极片水分降至200ppm以下后，进行化成、抽气封口和分容。
优选的，所述步骤S1之前还包括以下过程：S0、将负极片在 100-200℃条件下热处理0.16-2h，对极片的热处理能够有效解决使 用聚丙烯酸类粘结剂浆料易沉降和极片附着力差的问题。
优选的，所述负极片的具体制备过程如下：按比例加入负极活性 物质、导电剂和水性粘结剂后，高速搅拌，得到粘度为1000-2000mpa.s 的负极卷；将负极卷在120-150℃条件下热处理1.5-2h后，进行对 辊并制得负极片，有效提升电芯首效及容量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明提供的水 性粘结剂通过使用氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或氨水等碱性物质 中将水性粘结剂的PH值调整为弱酸性，使得制备得到的浆料不易沉 降，且极片附着力好；
2、使用该水性粘结剂制备得到的负极片通过热处理后，形成聚 合网络，进一步提升了极片的附着力；
3、采用该水性粘结剂制备的锂离子电池，和使用其他粘结剂相 比，具有电芯首效及容量均得到明显提升的优势。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例的附 图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描 述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所 描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种水性粘结剂，由以下重量百分比原料制得：水60％，氢氧化 钾和氢氧化钠共15％，聚丙烯酸25％，其中，聚丙烯酸的固含量为45％； 水性粘结剂的具体制备方法如下：在常温下，按比例将氢氧化钾和氢 氧化钠加入水中，搅拌至完全溶解后，再将聚丙烯酸溶液缓慢加入该 水溶液中，机械缓慢搅拌0.5h，静置1h,待气泡消失后保存备用，该 方法制备得到的水性粘结剂有效改善了使用聚丙烯酸制备的浆料易 沉降和电芯预化时产气量大的问题。
一种锂离子电池极片材料，由以下重量百分比原料制得：负极活 性物质80％，导电剂10％，水性粘结剂10％，其中，负极活性物质为 硅基材料或硅碳复合材料。该极片能够使得制备得到的电芯首效及容 量均得到明显的提升；负极片的具体制备过程如下：按比例加入负极 活性物质、导电剂和水性粘结剂后，高速搅拌，得到粘度为 1000-2000mpa.s的负极卷；将负极卷在120℃条件下热处理2h后， 进行对辊并制得负极片，有效提升电芯首效及容量。
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：S1、将负极片、隔 膜、正极片依次叠成电芯，电焊极耳，使用铝塑膜封装；S2、将封装 后的电芯在85℃条件下干燥36小时，待负极片水分降至200ppm以 下后，进行化成、抽气封口和分容。
本实施例制得的水性粘结剂的PH值为10，采用该水性粘结剂制 得的浆料进行涂布，涂布效果为浆料流动性差，附着力较差。
实施例二：
一种水性粘结剂，由以下重量百分比原料制得：水82％，氢氧化 钾和氢氧化锂3％，聚丙烯酸15％，其中，聚丙烯酸的固含量为30％； 水性粘结剂的具体制备方法如下：在常温下，按比例将氢氧化钾和氢 氧化锂加入水中，搅拌至完全溶解后，再将聚丙烯酸溶液缓慢加入该 水溶液中，机械缓慢搅拌0.5h，静置1h,待气泡消失后保存备用，该 方法制备得到的水性粘结剂有效改善了使用聚丙烯酸制备的浆料易 沉降和电芯预化时产气量大的问题。
一种锂离子电池极片材料，由以下重量百分比原料制得：负极活 性物质90％，导电剂5％，水性粘结剂5％，其中，负极活性物质为硅 基材料或硅碳复合材料。该极片能够使得制备得到的电芯首效及容量 均得到明显的提升；负极片的具体制备过程如下：按比例加入负极活 性物质、导电剂和水性粘结剂后，高速搅拌，得到粘度为 1000-2000mpa.s的负极卷；将负极卷在150℃条件下热处理1.5h后， 进行对辊并制得负极片，有效提升电芯首效及容量。
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：S0、将负极片在 100℃条件下热处理2h；S1、将负极片、隔膜、正极片依次叠成电芯， 电焊极耳，使用铝塑膜封装；S2、将封装后的电芯在100℃条件下干 燥24小时，待负极片水分降至200ppm以下后，进行化成、抽气封口和分容；对极片的热处理能够有效解决使用聚丙烯酸类粘结剂浆料易 沉降和极片附着力差的问题。
本实施例制得的水性粘结剂的PH值为3.5，采用该水性粘结剂 制得的浆料进行涂布，涂布效果为浆料流动性好，附着力好。
实施例三：
一种水性粘结剂，由以下重量百分比原料制得：水89％，氢氧化 钾和氢氧化锂1.0％，聚丙烯酸10％，其中，聚丙烯酸的固含量为15％； 水性粘结剂的具体制备方法如下：在常温下，按比例将氢氧化钾和氢 氧化锂加入水中，搅拌至完全溶解后，再将聚丙烯酸溶液缓慢加入该 水溶液中，机械缓慢搅拌0.5h，静置1h,待气泡消失后保存备用，该 方法制备得到的水性粘结剂有效改善了使用聚丙烯酸制备的浆料易 沉降和电芯预化时产气量大的问题。
一种锂离子电池极片材料，由以下重量百分比原料制得：负极活 性物质85％，导电剂7.5％，水性粘结剂7.5％，其中，负极活性物质 为硅基材料或硅碳复合材料。该极片能够使得制备得到的电芯首效及 容量均得到明显的提升；负极片的具体制备过程如下：按比例加入负 极活性物质、导电剂和水性粘结剂后，高速搅拌，得到粘度为 1000-2000mpa.s的负极卷；将负极卷在135℃条件下热处理1.8h后， 进行对辊并制得负极片，有效提升电芯首效及容量。
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：S0、将负极片在 200℃条件下热处理0.16h；S1、将负极片、隔膜、正极片依次叠成 电芯，电焊极耳，使用铝塑膜封装；S2、将封装后的电芯在95℃条 件下干燥30小时，待负极片水分降至200ppm以下后，进行化成、抽 气封口和分容；对极片的热处理能够有效解决使用聚丙烯酸类粘结剂 浆料易沉降和极片附着力差的问题。
本实施例制得的水性粘结剂的PH值为2.8，采用该水性粘结剂 制得的浆料进行涂布，涂布效果为浆料流动性好，附着力较差。
实施例四：
一种水性粘结剂，由以下重量百分比原料制得：水89％，氢氧化 钠和氢氧化锂1.0％，聚丙烯酸10％，其中，聚丙烯酸的固含量为15％； 水性粘结剂的具体制备方法如下：在常温下，按比例将氢氧化钠和氢 氧化锂加入水中，搅拌至完全溶解后，再将聚丙烯酸溶液缓慢加入该 水溶液中，机械缓慢搅拌0.5h，静置1h,待气泡消失后保存备用，该 方法制备得到的水性粘结剂有效改善了使用聚丙烯酸制备的浆料易 沉降和电芯预化时产气量大的问题。
一种锂离子电池极片材料，由以下重量百分比原料制得：负极活 性物质85％，导电剂7.5％，水性粘结剂7.5％，其中，负极活性物质 为硅基材料或硅碳复合材料。该极片能够使得制备得到的电芯首效及 容量均得到明显的提升；负极片的具体制备过程如下：按比例加入负 极活性物质、导电剂和水性粘结剂后，高速搅拌，得到粘度为 1000-2000mpa.s的负极卷；将负极卷在135℃条件下热处理1.8h后， 进行对辊并制得负极片，有效提升电芯首效及容量。
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：S0、将负极片在 200℃条件下热处理0.16h；S1、将负极片、隔膜、正极片依次叠成 电芯，电焊极耳，使用铝塑膜封装；S2、将封装后的电芯在95℃条 件下干燥30小时，待负极片水分降至200ppm以下后，进行化成、抽 气封口和分容；对极片的热处理能够有效解决使用聚丙烯酸类粘结剂 浆料易沉降和极片附着力差的问题。
本实施例制得的水性粘结剂的PH值为2.8，采用该水性粘结剂 制得的浆料进行涂布，涂布效果为浆料流动性好，附着力较差。
综上所述，表一为实施例1-实施例4中各物质的配比量以及根 据该配比量制备得到的水性粘结剂的PH值和浆料特征，由表中可得 到实施例2所制备得到的浆料流动性好、附着力好。
表一
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上 述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在 不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种水性粘结剂，其特征在于：各组份的重量百分比组成为：水60-90%，碱性物质1-15%，聚丙烯酸10-30%，上述各组份的重量百分比组成之和等于100%。
2.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于：所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或氨水中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于：所述聚丙烯酸的固含量为10-48%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的水性粘结剂的制备方法，其特征在于，具体过程为：在常温下，将碱性物质加入水中，搅拌至完全溶解后，再将聚丙烯酸溶液缓慢加入该水溶液中，机械缓慢搅拌0.5-1h，静置0.5-1h,待气泡消失后保存备用。
5.一种根据权利要求1-3中任一项水性粘结剂所得的锂离子电池极片材料，其特征在于：各组份的重量百分比组成为，正极活性物质或负极活性物质80-90%，导电剂1-10%，水性粘结剂1-10%，上述各组份的重量百分比组成之和等于100%。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池极片材料，其特征在于：所述负极活性物质为硅基材料或硅碳复合材料。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池极片材料，其特征在于：所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、导电石墨、导电碳管或导电碳纤维中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的锂离子电池极片所得的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将负极片、隔膜、正极片依次叠成电芯，电焊极耳，使用铝塑膜封装；S2、将封装后的电芯在85-100℃条件下干燥24-36小时，待负极片水分降至200ppm以下后，进行化成、抽气封口和分容。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S1之前还包括以下过程：S0、将负极片在100-200℃条件下热处理0.16-2h。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述负极片的具体制备过程如下：按比例加入负极活性物质、导电剂和水性粘结剂后，高速搅拌，得到粘度为1000-2000mpa.s的负极卷；将负极卷在120-150℃条件下热处理1.5-2h后，进行对辊并制得负极片。
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