CN108987753A - 一种新能源锂离子电池用粘结剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新能源锂离子电池用粘结剂及其应用，包括以下重量份的原料：羟甲基纤维素20‑30份、改性聚丙烯酸16‑24份和改性海藻酸钠13‑18份，与现有技术相比，本发明提供的粘结剂不仅粘结性高，长时间使用后不掉粉，而且经过改性复配的原料能够提高电极的充放电性能及循环稳定性。

Description

一种新能源锂离子电池用粘结剂及其应用
技术领域
本发明锂离子电池领域，具体涉及一种新能源锂离子电池用粘结剂及其应用。
背景技术
在电极中，粘结剂是将正负极活性物质粘附在集流体上的高分子化合物。它的主要作用是粘结活性材料，并在电池生产和使用过程维持极片的机械结构和电池的电化学性能的稳定性。
因此，提供一种粘结性高，不掉粉不团聚的粘结剂十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源锂离子电池用粘结剂，包括羟甲基纤维素、改性聚丙烯酸和改性海藻酸钠。多种粘结剂经过改性复配使用，提高粘结性能，防止掉粉。另外，粘结剂经过改性，有利于提高电极片充放电性能和循环性能。
一种新能源锂离子电池用粘结剂的应用。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供的一种新能源锂离子电池用粘结剂，包括以下重量份的原料：
所述的改性聚丙烯酸的制备方法为：
将聚丙烯酸溶液与硅烷偶联剂溶液混合，搅拌条件下反应40-60min，即可。
进一步的，所述聚丙烯酸溶液的质量浓度为5-20％。
所述硅烷偶联剂溶液的制备方法为：
将硅烷偶联剂、水和醇按照质量比2:7-8：0.5-1混匀，即得。
所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷KH-171、乙烯基三乙氧基硅KH-151、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷KH-792或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH-570任意一种。
进一步的所述聚丙烯酸溶液与硅烷偶联剂溶液的体积比为10:0.5-2.8。
所述改性海藻酸钠的制备方法为：
将海藻酸钠和铜盐加入到去离子水中，加热搅拌混合30-60min，然后，冷却到室温，即得改性海藻酸钠。
进一步的，海藻酸钠、铜盐和去离子水的质量比为1：0.5-3：40-80。
进一步的，所述铜盐选自硝酸铜、碱式碳酸铜或氯化铜。
进一步的，所述加热是指加热至60-80℃。加热促进铜盐和海藻酸钠的溶解，进而促进交联。
本发明提供的一种新能源锂离子电池用粘结剂的应用，具体应用方法为：用于制作锂离子电池电池正极浆料或者负极浆料。
优选的，用于硅基负极材料浆料的制备。
进一步的，所述粘结剂的加入量为2-6％。
本发明羟甲基纤维素有利于活性物质和导电剂的分散，另外，利用硅烷偶联剂和聚丙烯酸偶联适当增加其分子量以提高粘结性，而且，含氨基的硅烷还可以与聚丙烯酸的羧基反应，减少聚丙烯酸中的羧基进而降低其亲水性，以免与电极中水反应，影响充放电性能，进而提高其稳定性。海藻酸钠的改性为：将铜盐和海藻酸钠混合，海藻酸钠与铜离子螯合，增强导电性能，螯合后的体系更大，有利于提高其粘结性。铜盐选自碱性碳酸铜等铜盐时，加热溶解、交联，弱碱性环境下减少海藻酸钠-COOH，减少亲水性，进而提高其放电性能和循环性能。
与现有技术相比，本发明提供的粘结剂不仅粘结性高，长时间使用后不掉粉，而且经过改性复配的原料能够提高电极的充放电性能及循环稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种新能源锂离子电池用粘结剂，包括以下重量份的原料：
所述的改性聚丙烯酸的制备方法为：
将乙烯基三甲氧基硅烷KH-171、水和醇按照质量比2:7：1混匀，即得硅烷偶联剂溶液。将质量浓度为5％的聚丙烯酸溶液与硅烷偶联剂溶液按照体积比10:1.5混合，搅拌条件下反应60min，即得改性聚丙烯酸。
所述改性海藻酸钠的制备方法为：
将海藻酸钠和硝酸铜加入到去离子水中，海藻酸钠、硝酸铜和去离子水的质量比为1：0.5：45，加热至65℃搅拌混合40min，然后，冷却到室温，即得改性海藻酸钠。
上述新能源锂离子电池用粘结剂的应用，具体应用方法为：用于硅基负极材料浆料的制备。将硅负极材料、导电炭黑、上述粘结剂和溶剂按照质量比8.5:0.8:0.7：10混合，搅拌混匀后，制得硅负极浆料。将所得浆料涂敷于铜箔集流体上，烘干后用冲片，即得负极电极片；与离子锂电池正极片组装成电池。
实施例2
一种新能源锂离子电池用粘结剂，包括以下重量份的原料：
所述的改性聚丙烯酸的制备方法为：
将γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、水和醇按照质量比2:8：0.8混匀，即得硅烷偶联剂溶液。将质量浓度为10％的聚丙烯酸溶液与硅烷偶联剂溶液按照体积比10:2混合，搅拌条件下反应60min，即得改性聚丙烯酸。
所述改性海藻酸钠的制备方法为：
将海藻酸钠和碱式碳酸铜加入到去离子水中，海藻酸钠、碱式碳酸铜和去离子水的质量比为1：1.5：70，加热至80℃搅拌混合60min，然后，冷却到室温，即得改性海藻酸钠。
上述新能源锂离子电池用粘结剂的应用，具体应用方法为：用于硅基负极材料浆料的制备。将硅负极材料、导电炭黑、上述粘结剂和溶剂按照质量比8.5:0.8:0.7：10混合，搅拌混匀后，制得硅负极浆料。将所得浆料涂敷于铜箔集流体上，烘干后用冲片，即得负极电极片；与离子锂电池正极片组装成锂离子电池。
对比例1
粘结剂采用市售粘结剂。
按照与实施例1相同的方法制备组装成锂离子电池。
对比例2
粘结剂包括以下重量份原料：
按照与实施例2相同的方法制备组装成锂离子电池。
将实施例1-2和对比例1-2制备的锂离子电池充放电循环1000次之后，检验负极片的掉粉情况，实施例1及实施例2粘结剂制备的负极片掉粉量在0.08％左右，而对比例1负极片掉粉严重，有13％左右的面积掉粉，对比例2负极片有6％左右的面积掉粉.
将实施例1-2和对比例1-2制备的锂离子电池以1.5A/g在0.005～2.000V充放电，实施例1首次比容量达到1759mAh/g，循环100次，比容量为1671mAh/g。实施例2首次比容量达到1883mAh/g，循环100次，比容量为1801mAh/g。对比例1首次比容量达到1005mAh/g，循环100次，比容量为582mAh/g。对比例2首次比容量达到1212mAh/g，循环100次，比容量为627mAh/g。
本发明提供的粘结剂不仅粘结性高，长时间使用后不掉粉，而且经过改性复配的原料能够提高电极的充放电性能及循环稳定性。

Claims (10)

1.一种新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，所述新能源锂离子电池用粘结剂包括以下重量份的原料：
羟甲基纤维素 20-30份
改性聚丙烯酸 16-24份
改性海藻酸钠 13-18份。
2.根据权利要求1所述的新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，所述的改性聚丙烯酸的制备方法为：
将聚丙烯酸溶液与硅烷偶联剂溶液混合，搅拌条件下反应40-60min，即可。
3.根据权利要求2所述的新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷KH-171、乙烯基三乙氧基硅KH-151、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷KH-792或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH-570任意一种。
4.根据权利要求2或3所述的新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，所述聚丙烯酸溶液与硅烷偶联剂溶液的体积比为10:0.5-2.8。
5.根据权利要求1所述的新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，所述改性海藻酸钠的制备方法为：
将海藻酸钠和铜盐加入到去离子水中，加热搅拌混合30-60min，然后，冷却到室温，即得改性海藻酸钠。
6.根据权利要求5所述的新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，海藻酸钠、铜盐和去离子水的质量比为1：0.5-3：40-80。
7.根据权利要求5或6所述的新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，所述铜盐选自硝酸铜、碱式碳酸铜或氯化铜。
8.根据权利要求5或6所述的新能源锂离子电池用粘结剂，其特征在于，所述加热是指加热至60-80℃。
9.一种权利要求1-8任一项所述的新能源锂离子电池用粘结剂的应用，其特征在于，用于制作锂离子电池电池正极浆料或者负极浆料。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，用于硅基负极材料浆料的制备。
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