CN110364734A - 高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用 - Google Patents

高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110364734A
CN110364734A CN201910492863.8A CN201910492863A CN110364734A CN 110364734 A CN110364734 A CN 110364734A CN 201910492863 A CN201910492863 A CN 201910492863A CN 110364734 A CN110364734 A CN 110364734A
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative electrode
binder
lithium ion
ion battery
compounding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910492863.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王朝阳
李娟娟
雷志文
邓永红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201910492863.8A priority Critical patent/CN110364734A/zh
Publication of CN110364734A publication Critical patent/CN110364734A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/30Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用,所述制备方法包括以下步骤:(1)改性聚丙烯酸得甘氨酰胺改性的聚丙烯酸PAA‑GA;(2)配制锂离子电池负极粘结剂:将步骤(1)得到的PAA‑GA和水性聚氨酯混合均匀,得锂离子电池负极粘结剂。所述锂离子电池负极粘结剂可用于锂离子电池负极的制备,利用所述负极组装的锂离子电池综合电化学性能良好,具有循环容量高、循环稳定性好等特点。

Description

高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及新能源高分子材料领域,具体涉及一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用。
背景技术
相比于铅酸电池、镍氢电池、镍铬电池等其他二次电池,锂离子电池因具有高质量能量密度和高体积能量密度,符合能源储存和转化装备向小型化、轻量化发展的趋势,在移动设备如手机、笔记本电脑、相机、照明工具等中得到了广泛的应用,成为我们日常生活中不可缺少的一部分。近年来,随着新能源汽车和储能电网等的迅猛发展,锂离子电池开始在电动汽车用动力电池和储能电站用储能电池中得到大规模的应用,并日益成为锂离子电池发展的两大主要驱动力。
锂离子电池的性能与制备电极极片时选择的活性材料、导电添加剂、粘结剂的种类和极片的制作工艺等有很大关系。聚偏氟乙烯(PVDF)是锂离子电池中常用的油性粘结剂,PVDF具有化学稳定性好、易于分散、制作的浆料流动性好、电化学性能稳定等优点,在较长一段时间内在锂离子电池正负极粘结剂中得到了广泛的应用。随着目前对高能量密度锂离子电池的需求日益增多,一些质量比容量高的活性材料逐渐替代传统的质量比容量低的活性材料,但高比容量活性材料在锂离子嵌入和脱出过程中会发生巨大的体积膨胀和收缩现象,进而导致活性颗粒的粉化、颗粒与颗粒之间的电气连接的失效、粘结剂与颗粒之间连接的失效、电极结构完整性的破坏和电极从集流体上的脱落等后果。例如目前研究较多的硅活性材料,理论质量比容量为4200mAh·g-1,在锂化过程中一个硅粒子最多可与4.4个锂离子结合,形成Li22Si5硅锂化合物,硅粒子在锂化过程中会发生约300%的体积膨胀,易造成电极结构完整性的破坏和电极颗粒的粉化,电池的容量快速衰减。目前采取的应对硅粒子体积膨胀的方法主要是将硅粒子的粒径减小、将硅粒子进行硅碳复合和将硅粒子做成中空结构等,通过为硅粒子预留一定的膨胀空间,缓解硅的粉化现象。对硅粒子本身的改性一般会降低材料的压实密度,进而降低活性物质的比能量密度,而且改性成本高、制备工艺复杂,操作困难、耗时耗力、不易大规模化。
而聚合物粘结剂一般合成方便、工艺流程简单、成本低廉、易于大规模生产等,可有效缓冲硅粒子发生巨大体积膨胀时产生的强机械应力,保持电极颗粒与颗粒、电极与集流体之间的牢固粘结,维持电极在充放电过程中的结构完整性,显著改善电极的综合电化学性能。
发明内容
针对目前锂离子电池现有技术的局限性,本发明旨在提供一种新型高性能水性复配粘结剂,并介绍该新型水性复配粘结剂的制备方法及其在锂离子电池中的应用。基于该粘结剂的锂离子电池具有循环寿命长、循环质量比容量高、循环稳定性好、首次库伦效率高等优点。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)改性聚丙烯酸:将聚丙烯酸溶解在溶剂中,得聚丙烯酸溶液;向所述聚丙烯溶液中加入偶联剂,搅拌使偶联剂溶解,得混合溶液;将甘氨酰胺盐酸盐加入到所述混合溶液中,搅拌,得无色透明的粘稠溶液;将粘稠溶液提纯、干燥,得甘氨酰胺改性的聚丙烯酸PAA-GA;
(2)配制锂离子电池负极粘结剂:将步骤(1)得到的PAA-GA和水性聚氨酯混合均匀,得锂离子电池负极粘结剂。
优选地,步骤(1)中聚丙烯酸溶液的浓度为5~20mg/ml;
所述溶剂为磷酸盐缓冲溶液,所述磷酸盐缓冲溶液的pH=4.5~6.5;所述溶剂为去离子水,调节聚丙烯酸溶液的pH为4.5~6.5;
偶联剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC、N-羟基琥珀酰亚胺NHS或两者的混合物;偶联剂的加入物质的量与甘氨酰胺盐酸盐的物质的量比为0.2~1.0;甘氨酰胺盐酸盐的物质的量与聚丙烯酸中羧酸基团的物质的量的比为0.05-0.30;
所述搅拌的时间为12~24h,搅拌的温度为室温或者30-50℃。
优选地,步骤(1)中其中甘氨酰胺盐酸盐的物质的量与聚丙烯酸中羧酸基团的物质的量的比为0.1-0.2。
优选地,步骤(2)中锂离子电池负极粘结剂中PAA-GA的质量分数为60-95%,其余是水性聚氨酯;所述水性聚氨酯按照端羟基化合物的类型为水性聚醚型聚氨酯、水性聚酯型聚氨酯和水性聚醚、聚酯混合型的聚氨酯;按照异氰酸酯类型为水性芳香族聚氨酯和水性脂肪族聚氨酯,按照水性聚氨酯硬段和软段单体类型,所述水性聚氨酯是由多异氰酸酯和端羟基聚醚或聚酯反应得到的聚合物,多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4’-二异氰酸酯-二环己基甲烷(HMDI)、4,4’-二异氰酸酯基二苯甲烷(MDI)、反式-环己烷-1,4-二异氰酸酯(CHDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)等;端羟基聚醚包括聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、PPG/PEG等;端羟基聚酯包括聚碳酸酯二醇(PCDL)、二聚脂肪族聚酯多元醇(BY3022)、聚新戊二醇己二酸酯(NPGA)等。
本发明还提供了所述的高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法制备的锂离子电池负极粘结剂即复配粘结剂。
本发明还提供了所述复配粘结剂在锂离子电池负极的制备中的应用,包括以下步骤:
(6.1)取所述复配粘结剂,溶于去离子水中,得粘结剂水溶液;将负极活性物质、导电添加剂混合均匀,然后加入到粘结剂水溶液,混合均匀,得流动浆料;或将复配粘结剂、负极活性物质和导电添加剂混合均匀,得混合粉体,将混合粉体加入去离子水中,混合均匀,得流动浆料;
(6.2)将步骤(6.1)得到的流动浆料涂覆于集流体上,得涂覆浆料,涂覆浆料的厚度为10-1000μm,然后室温下晾干后在100-150℃下的真空环境中烘干,即得到负极极片。
优选地,步骤(6.1)中复配粘结剂与去离子水的质量比0.05~0.20。
优选地,步骤(6.1)中负极活性物质为纳米硅负极材料、微米硅负极材料、石墨负极材料、硅碳复合负极材料、硅氧负极材料中的一种以上;
导电添加剂为乙炔黑、科琴黑、Super P、碳纳米管、导电石墨、多孔碳中的一种以上;
负极活性物质的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的20-90%;
导电添加剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的5-40%;
复配粘结剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的5-40%。
优选地,步骤(6.1)中负极活性物质的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的40-80%;
导电添加剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的10-20%;
复配粘结剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的10-20%。
优选地,步骤(6.2)中集流体包括铜箔、泡沫铜、镀铜碳布。
和现有技术相比,本发明具有以下有益效果和优点:
本发明提供的方法制得的高性能水性复配粘结剂可用于锂离子电池负极的制备,利用所述负极组装的锂离子电池综合电化学性能良好,具有循环容量高、循环稳定性好等特点。
本发明提供的高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法具有原料来源广、成本低廉、目标产物合成工艺简单,操作方便、无有毒物质产生,绿色环保、实验所需设备简单等优势,有望在现有工艺的基础上进一步优化后实现大规模生产,具有较好的市场应用前景。
附图说明
图1是实施例3的纳米硅负极在2100mA/g电流密度下的前15圈的充放电曲线;
图2是对比例1的纳米硅负极在2100mA/g电流密度下的前15圈的充放电曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不限于此。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供了一种甘氨酰胺改性的聚丙烯酸(PAA-GA)的制备方法,包括以下步骤:
(1)将1g聚丙烯酸(单体分子量为72)溶于100mL去离子水中,在磁力搅拌条件下进行溶解,得到聚丙烯酸溶液;
(2)用事先配好的氢氧化钠溶液和盐酸溶液,调节(1)中聚丙烯酸溶液的酸度值为pH=5.7;
(3)将0.39g的EDC(分子量为191.70)用5ml去离子水溶解后,加入到调节pH后的溶液中,室温条件下搅拌,使分散均匀,得混合物;
(4)将0.23g的甘氨酰胺盐酸盐(分子量为110.54)加入(3)的混合物中,在室温下磁力搅拌反应24h,即得到无色透明的粘稠溶液;
(5)将(4)中得到的粘稠溶液进行提纯和干燥处理,即可得到干燥的甘氨酰胺改性的聚丙烯酸PAA-GA。
实施例2
本实施例提供了一种甘氨酰胺改性的聚丙烯酸(PAA-GA)的制备方法,包括以下步骤:
(1)将1g聚丙烯酸溶于100mL磷酸盐缓冲溶液(PBS缓冲溶液)(pH=6.0)中,在磁力搅拌条件下进行溶解,得到聚丙烯酸溶液;
(2)将0.25g EDC(分子量为191.70)和0.20g NHS(分子量为115.09)的混合物用10ml上述PBS缓冲溶液溶解后,加入聚丙烯酸溶液中,室温条件下搅拌,使分散均匀,得混合物;
(3)将0.46g甘氨酰胺盐酸盐(分子量为110.54)加入(2)的混合物中,在40℃加热条件下磁力搅拌反应24h,即得到无色透明的粘稠溶液;
(4)将(3)中得到的粘稠溶液进行提纯和干燥处理,即可得到干燥的甘氨酰胺改性的聚丙烯酸PAA-GA。
实施例3
本实施例提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤:按质量比为0.5:9.5称量由HMDI和PPG聚合而成的水性聚氨酯和实施例1中的PAA-GA,其中水性聚氨酯和PAA-GA的质量之和为0.1g,然后加入去离子水,混匀得到质量分数为10%的复配粘结剂水溶液,放置备用。
本实施例还提供了所述方法制备的复配粘结剂在锂离子电池纳米硅负极制备中的应用,包括如下步骤:
(1)称量0.3g纳米硅粉、0.1g导电添加剂Super P置于研钵中充分研磨混合均匀,然后加入所述复配粘结剂水溶液,继续研磨混合,直到得到粘稠、均匀的流动浆料;
(2)将(1)中的浆料用涂覆机涂覆于铜箔上,涂覆浆料的厚度为100μm,然后置于室温条件下晾干,用切片机裁成直径为12mm的圆片,然后将圆片放入120℃的真空干燥箱中烘干12h,并在烘干后温度降到室温时取出,得纳米硅负极。
将纳米硅负极转移到充满氩气的手套箱中,对纳米硅负极片在手套箱中进行逐片称重,并记录称量的质量,然后以金属锂片为对电极,1M LiPF6/PC:DEC(碳酸丙烯酯:碳酸二乙酯)溶液为电解液,在手套箱中组装CR2025型扣式半电池,组装完成后放置12h进行恒电流充放电测试,测试条件为:放电截止电压为0.01V,充电截止电压为1.0V,先分别在210mA·g-1、420mA·g-1和840mA·g-1的电流密度下充放电循环4圈,然后再在电流密度大小为2100mA·g-1下进行充放电,测试结果见图1。
图1为在2100mA·g-1的电流密度下前15圈的充放电曲线,从测试结果可知基于该实施例中复配粘结剂的纳米硅负极的首圈放电比容量为2344mAh·g-1,首圈充电比容量为2233mAh·g-1,首次库伦效率为95.3%,15圈循环后的容量保持率为78.93%。
实施例4
本实施例提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤:按质量比为1:9称量由HMDI和PPG聚合而成的水性聚氨酯和实施例1中的PAA-GA,其中水性聚氨酯和PAA-GA的质量之和为0.1g,然后加入去离子水,混匀得到质量分数为10%的复配粘结剂水溶液,放置备用。
然后按照实施例3中的方法制备纳米硅负极,组装锂离子电池和测试充放电曲线。
从在2100mA·g-1的电流密度下前15圈的充放电结果可知基于该实施例中复配粘结剂的纳米硅负极的首圈放电比容量为2044mAh·g-1,首圈充电比容量为1941mAh·g-1,首次库伦效率为95.0%,15圈循环后的容量保持率为78.95%。
实施例5
本实施例提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤:按质量比为2.0:8.0称量由HMDI和PPG聚合而成的水性聚氨酯和实施例1中的PAA-GA,其中水性聚氨酯和PAA-GA的质量之和为0.1g,然后加入去离子水,混匀得到质量分数为10%的复配粘结剂水溶液,放置备用。
然后按照实施例3中的方法制备纳米硅负极,组装电池和测试充放电曲线。
从在2100mA·g-1的电流密度下前15圈的充放电结果可知测试结果可知基于该实施例中复配粘结剂的纳米硅负极的首圈放电比容量为2205mAh·g-1,首圈充电比容量为2090mAh·g-1,首次库伦效率为94.8%,15圈循环后的容量保持率为80.35%。
对比例1
本对比例提供了一种用实施例1的PAA-GA为粘结剂制备锂离子电池硅负极的方法,包括以下步骤:
称量0.1g实施例1中的PAA-GA加入去离子水中,溶解得到质量分数为10%的PAA-GA水溶液,放置备用。
然后按照实施例3中的方法制备锂离子电池硅负极,组装电池和测试充放电曲线,测试结果如图2所示。
图2为在2100mA·g-1的电流密度下前15圈的充放电曲线,从测试结果可知基于PAA-GA的硅负极的首圈放电比容量为1797mAh·g-1,首圈充电比容量为1702mAh·g-1,首次库伦效率为94.7%,15圈循环后的容量保持率为74.16%。因此使用水性PU和PAA-GA复配的粘结剂,显著提高了纳米硅负极的循环比容量和循环稳定性。
实施例6
本实施例提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤:按质量比为3.0:7.0称量由MDI和PCDL聚合而成的水性聚氨酯和实施例1中的PAA-GA,其中水性聚氨酯和PAA-GA的质量之和为0.1g,然后加入去离子水,混匀得到质量分数为10%的复配粘结剂水溶液,放置备用。
本实施例还提供了所述方法制备的复配粘结剂在锂离子电池硅氧负极制备中的应用,包括如下步骤:
(1)称量0.8g硅氧粉体、0.1g导电添加剂Super P置于研钵中充分研磨混合均匀,然后加入所述复配粘结剂水溶液,继续研磨混合得到粘稠、均匀的流动浆料。
(2)将(1)中的浆料用涂覆机涂覆于铜箔上,涂覆浆料的厚度为200μm,然后置于室温条件下晾干,用切片机裁成直径为12mm的圆片,然后将圆片放入110℃的真空干燥箱中烘干12h,并在烘干后温度降到室温时取出,即可得到干燥的硅氧负极片。
将硅氧负极片转移到充满氩气的手套箱中进行逐片称重,并记录称量的质量,然后以金属锂片为对电极,1M LiPF6/PC:DEC(碳酸丙烯酯:碳酸二乙酯)溶液为电解液,在手套箱中组装CR2025型扣式半电池,组装完成后放置12h再进行电化学测试。
实施例7
本实施例提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤:按质量比为4.0:6.0称量由TDI和PEG聚合而成的水性聚氨酯和实施例2中的PAA-GA,其中水性聚氨酯和PAA-GA的质量之和为0.05g,然后加入去离子水,混匀得到质量分数为10%的复配粘结剂水溶液,放置备用。
本实施例还提供了所述方法制备的复配粘结剂在锂离子电池硅碳复合负极制备中的应用,包括如下步骤:
(1)称量0.85g硅碳复合粉末、0.1g导电添加剂Super P置于研钵中充分研磨混合均匀,然后加入所述复配粘结剂水溶液,继续研磨混合得到粘稠、均匀的流动浆料。
(2)将(1)中的浆料用涂覆机涂覆于铜箔上,涂覆浆料的厚度为150μm,然后置于室温条件下晾干,用切片机裁成直径为12mm的圆片,然后将圆片放入100℃的真空干燥箱中烘干12h,并在烘干后温度降到室温时取出,即可得到干燥的硅碳复合负极片。
将硅碳复合负极片转移到充满氩气的手套箱中进行逐片称重,并记录称量的质量,然后以金属锂片为对电极,1M LiPF6/PC:DEC(碳酸丙烯酯:碳酸二乙酯)溶液为电解液,在手套箱中组装CR2025型扣式半电池,组装完成后放置12h再进行电化学测试。
实施例8
本实施例提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤:按质量比为2.0:8.0称量由CHDI和BY3022聚合而成的水性聚氨酯和实施例1中的PAA-GA,其中水性聚氨酯和PAA-GA的质量之和为0.1g,然后加入去离子水,混匀得到质量分数为10%的复配粘结剂水溶液,放置备用。
本实施例还提供了所述方法制备的复配粘结剂在锂离子电池石墨负极制备中的应用,包括如下步骤:
(1)称量0.85g石墨粉体、0.1g导电添加剂Super P置于研钵中充分研磨混合均匀,然后加入所述复配粘结剂水溶液,继续研磨混合得到粘稠、均匀的流动浆料。
(2)将(1)中的浆料用涂覆机涂覆于铜箔上,涂覆浆料的厚度为250μm,然后置于室温条件下晾干,用切片机裁成直径为12mm的圆片,然后将圆片放入100℃的真空干燥箱中烘干12h,并在烘干后温度降到室温时取出,即可得到干燥的石墨负极片。
将石墨负极片转移到充满氩气的手套箱中进行逐片称重,并记录称量的质量,然后以金属锂片为对电极,1M LiPF6/PC:DEC(碳酸丙烯酯:碳酸二乙酯)溶液为电解液,在手套箱中组装CR2025型扣式半电池,组装完成后放置12h再进行电化学测试。
实施例9
本实施例提供了一种高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤:按质量比为4.0:6.0称量由PPDI和NPGA聚合而成的水性聚氨酯和实施例1中的PAA-GA,其中水性聚氨酯和PAA-GA的质量之和为0.15g,然后加入去离子水,混匀得到质量分数为10%的复配粘结剂水溶液,放置备用。
本实施例还提供了所述方法制备的复配粘结剂在锂离子电池微米硅负极制备中的应用,包括如下步骤:
(1)称量0.70g微米硅粉体、0.15g导电添加剂Super P置于研钵中充分研磨混合均匀,然后加入所述复配粘结剂水溶液,继续研磨混合得到粘稠、均匀的流动浆料。
(2)将(1)中的浆料用涂覆机涂覆于铜箔上,涂覆浆料的厚度为50μm,然后置于室温条件下晾干,用切片机裁成直径为12mm的圆片,然后将圆片放入120℃的真空干燥箱中烘干12h,并在烘干后温度降到室温时取出,即可得到干燥的微米硅负极片。
将微米硅负极片转移到充满氩气的手套箱中进行逐片称重,并记录称量的质量,然后以金属锂片为对电极,1M LiPF6/PC:DEC(碳酸丙烯酯:碳酸二乙酯)溶液为电解液,在手套箱中组装CR2025型扣式半电池,组装完成后放置12h再进行电化学测试。
本发明提供的方法制得的高性能水性复配粘结剂可用于锂离子电池负极的制备,利用所述负极组装的锂离子电池综合电化学性能良好,具有循环容量高、循环稳定性好等特点。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)改性聚丙烯酸:将聚丙烯酸溶解在溶剂中,得聚丙烯酸溶液;向所述聚丙烯溶液中加入偶联剂,搅拌使偶联剂溶解,得混合溶液;将甘氨酰胺盐酸盐加入到所述混合溶液中,搅拌,得无色透明的粘稠溶液;将粘稠溶液提纯、干燥,得甘氨酰胺改性的聚丙烯酸PAA-GA;
(2)配制锂离子电池负极粘结剂:将步骤(1)得到的PAA-GA和水性聚氨酯混合均匀,得锂离子电池负极粘结剂。
2.根据权利要求1所述的高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中
聚丙烯酸溶液的浓度为5~20mg/ml;
所述溶剂为磷酸盐缓冲溶液,所述磷酸盐缓冲溶液的pH=4.5~6.5;所述溶剂为去离子水,调节聚丙烯酸溶液的pH为4.5~6.5;
偶联剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC、N-羟基琥珀酰亚胺NHS或两者的混合物;偶联剂的加入物质的量与甘氨酰胺盐酸盐的物质的量比为0.2~1.0;甘氨酰胺盐酸盐的物质的量与聚丙烯酸中羧酸基团的物质的量的比为0.05-0.30;
所述搅拌的时间为12~24h,搅拌的温度为室温或者30-50℃。
3.根据权利要求1所述的高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中
其中甘氨酰胺盐酸盐的物质的量与聚丙烯酸中羧酸基团的物质的量的比为0.1-0.2。
4.根据权利要求1所述的高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中锂离子电池负极粘结剂中PAA-GA的质量分数为60-95% ,其余是水性聚氨酯;所述水性聚氨酯是由多异氰酸酯和端羟基聚醚或聚酯反应得到的聚合物,多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯TDI、4,4’-二异氰酸酯-二环己基甲烷HMDI、4,4’-二异氰酸酯基二苯甲烷MDI、反式-环己烷-1,4-二异氰酸酯CHDI、对苯二异氰酸酯PPDI;端羟基聚醚包括聚乙二醇PEG、聚丙二醇PPG、PPG/PEG;端羟基聚酯包括聚碳酸酯二醇PCDL、二聚脂肪族聚酯多元醇BY3022、聚新戊二醇己二酸酯NPGA。
5.权利要求1至4任一项所述的高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂的制备方法制备的锂离子电池负极粘结剂即复配粘结剂。
6.权利要求5所述的复配粘结剂在锂离子电池负极的制备中的应用,其特征在于,包括以下步骤:
(6.1)取所述复配粘结剂,溶于去离子水中,得粘结剂水溶液;将负极活性物质、导电添加剂混合均匀,然后加入到粘结剂水溶液,混合均匀,得流动浆料;或将复配粘结剂、负极活性物质和导电添加剂混合均匀,得混合粉体,将混合粉体加入去离子水中,混合均匀,得流动浆料;
(6.2)将步骤(6.1)得到的流动浆料涂覆于集流体上,得涂覆浆料,涂覆浆料的厚度为10-1000 mm,然后室温下晾干后在100-150oC下的真空环境中烘干,得到负极极片。
7.根据权利要求6所述复配粘结剂在锂离子电池负极的制备中的应用,其特征在于,步骤(6.1)中复配粘结剂与去离子水的质量比0.05~0.20。
8.根据权利要求6所述复配粘结剂在锂离子电池负极的制备中的应用,其特征在于,步骤(6.1)中负极活性物质为纳米硅负极材料、微米硅负极材料、石墨负极材料、硅碳复合负极材料、硅氧负极材料中的一种以上;
导电添加剂为乙炔黑、科琴黑、Super P、碳纳米管、导电石墨、多孔碳中的一种以上;
负极活性物质的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的20-90%;
导电添加剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的5-40%;
复配粘结剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的5-40%。
9.根据权利要求6所述复配粘结剂在锂离子电池负极的制备中的应用,其特征在于,步骤(6.1)中
负极活性物质的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的40-80%;
导电添加剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的10-20%;
复配粘结剂的质量占负极活性物质、导电添加剂和复配粘结剂三者质量之和的10-20%。
10.根据权利要求6所述复配粘结剂在锂离子电池负极的制备中的应用,其特征在于,步骤(6.2)中集流体包括铜箔、泡沫铜、镀铜碳布。
CN201910492863.8A 2019-06-06 2019-06-06 高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用 Pending CN110364734A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910492863.8A CN110364734A (zh) 2019-06-06 2019-06-06 高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910492863.8A CN110364734A (zh) 2019-06-06 2019-06-06 高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110364734A true CN110364734A (zh) 2019-10-22

Family

ID=68215867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910492863.8A Pending CN110364734A (zh) 2019-06-06 2019-06-06 高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110364734A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111205628A (zh) * 2020-02-27 2020-05-29 陕西科技大学 一种多孔碳改性水性聚氨酯材料及其制备方法
CN111326738A (zh) * 2019-12-30 2020-06-23 江苏载驰科技股份有限公司 一种硅基负极材料用粘结剂及其制备方法
CN113571704A (zh) * 2020-06-30 2021-10-29 深圳市研一新材料有限责任公司 锂离子电池用聚酰胺酰亚胺粘结剂及电极极片
CN113964294A (zh) * 2021-10-28 2022-01-21 西安交通大学 一种锂离子电池负极及其制备方法和应用
CN115536810A (zh) * 2022-11-02 2022-12-30 中国地质大学(武汉) 一种光固化水性聚氨酯乳液、锂离子电池负极材料及其制备方法和应用
WO2024022181A1 (zh) * 2022-07-29 2024-02-01 碳一新能源集团有限责任公司 一种表面连接粘结剂的负极材料及其制备方法和应用

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070110569A (ko) * 2006-05-15 2007-11-20 주식회사 엘지화학 바인더로서 폴리우레탄을 물리적으로 혼합한폴리아크릴산이 포함되어 있는 전극 합제 및 이를 기반으로하는 리튬 이차전지
US20150017531A1 (en) * 2013-07-09 2015-01-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Binder composition for rechargeable lithium battery, and negative electrode and rechargeable lithium battery including the same
WO2015045350A1 (ja) * 2013-09-26 2015-04-02 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池
CN104716307A (zh) * 2013-12-12 2015-06-17 国立大学法人蔚山科学技术大学校产学协力团 负极活性物质、其制备方法以及包含它的可再充电锂电池
WO2015147419A1 (ko) * 2014-03-26 2015-10-01 전자부품연구원 리튬이온 이차전지용 음극 합제, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 리튬이온 이차 전지
CN105449220A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 天津市捷威动力工业有限公司 一种锂离子电池用水系粘结剂及使用该粘结剂的锂离子电池
CN105602497A (zh) * 2016-01-26 2016-05-25 浙江中科立德新材料有限公司 聚氨酯改性丙烯酸类水性粘结剂及其制备方法和应用
WO2016163115A1 (ja) * 2015-04-10 2016-10-13 株式会社豊田自動織機 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池
CN107793967A (zh) * 2017-09-30 2018-03-13 中国科学院广州能源研究所 一种锂离子电池交联型水性粘结剂的制备方法
CN108832126A (zh) * 2018-04-25 2018-11-16 华南理工大学 一种含偶合酰胺键的聚羧酸水性粘结剂及制备方法与其在锂离子电池中的应用
CN109473677A (zh) * 2018-10-23 2019-03-15 欣旺达电子股份有限公司 锂离子电池、硅负极水系粘结剂及其制备方法
CN109768278A (zh) * 2018-12-15 2019-05-17 华南理工大学 一种锂离子电池

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070110569A (ko) * 2006-05-15 2007-11-20 주식회사 엘지화학 바인더로서 폴리우레탄을 물리적으로 혼합한폴리아크릴산이 포함되어 있는 전극 합제 및 이를 기반으로하는 리튬 이차전지
US20150017531A1 (en) * 2013-07-09 2015-01-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Binder composition for rechargeable lithium battery, and negative electrode and rechargeable lithium battery including the same
WO2015045350A1 (ja) * 2013-09-26 2015-04-02 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池
CN104716307A (zh) * 2013-12-12 2015-06-17 国立大学法人蔚山科学技术大学校产学协力团 负极活性物质、其制备方法以及包含它的可再充电锂电池
WO2015147419A1 (ko) * 2014-03-26 2015-10-01 전자부품연구원 리튬이온 이차전지용 음극 합제, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 리튬이온 이차 전지
WO2016163115A1 (ja) * 2015-04-10 2016-10-13 株式会社豊田自動織機 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池
CN105449220A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 天津市捷威动力工业有限公司 一种锂离子电池用水系粘结剂及使用该粘结剂的锂离子电池
CN105602497A (zh) * 2016-01-26 2016-05-25 浙江中科立德新材料有限公司 聚氨酯改性丙烯酸类水性粘结剂及其制备方法和应用
CN107793967A (zh) * 2017-09-30 2018-03-13 中国科学院广州能源研究所 一种锂离子电池交联型水性粘结剂的制备方法
CN108832126A (zh) * 2018-04-25 2018-11-16 华南理工大学 一种含偶合酰胺键的聚羧酸水性粘结剂及制备方法与其在锂离子电池中的应用
CN109473677A (zh) * 2018-10-23 2019-03-15 欣旺达电子股份有限公司 锂离子电池、硅负极水系粘结剂及其制备方法
CN109768278A (zh) * 2018-12-15 2019-05-17 华南理工大学 一种锂离子电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUANJUAN LI 等: "Glycinamide modified polyacrylic acid as high-performance binder for silicon binder for silicon anodes in lithium-ion batteries", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111326738A (zh) * 2019-12-30 2020-06-23 江苏载驰科技股份有限公司 一种硅基负极材料用粘结剂及其制备方法
CN111205628A (zh) * 2020-02-27 2020-05-29 陕西科技大学 一种多孔碳改性水性聚氨酯材料及其制备方法
CN113571704A (zh) * 2020-06-30 2021-10-29 深圳市研一新材料有限责任公司 锂离子电池用聚酰胺酰亚胺粘结剂及电极极片
CN113571704B (zh) * 2020-06-30 2022-06-14 深圳市研一新材料有限责任公司 锂离子电池用聚酰胺酰亚胺粘结剂及电极极片
CN113964294A (zh) * 2021-10-28 2022-01-21 西安交通大学 一种锂离子电池负极及其制备方法和应用
CN113964294B (zh) * 2021-10-28 2024-04-12 西安交通大学 一种锂离子电池负极及其制备方法和应用
WO2024022181A1 (zh) * 2022-07-29 2024-02-01 碳一新能源集团有限责任公司 一种表面连接粘结剂的负极材料及其制备方法和应用
CN115536810A (zh) * 2022-11-02 2022-12-30 中国地质大学(武汉) 一种光固化水性聚氨酯乳液、锂离子电池负极材料及其制备方法和应用
CN115536810B (zh) * 2022-11-02 2023-09-15 中国地质大学(武汉) 一种光固化水性聚氨酯乳液、锂离子电池负极材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110364734A (zh) 高性能水性复配锂离子电池负极粘结剂及制备方法与应用
CN111261874B (zh) 一种锂离子电池负极及其制备方法和应用
CN114725341B (zh) 正极活性材料、电化学装置与电子设备
CN107482182B (zh) 碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料及其制备方法
CN113437275B (zh) 正极活性材料、电化学装置与电子设备
CN113113605B (zh) 一种网络结构离子导电粘合剂及其制备方法和应用
CN105470460A (zh) 一种锂离子电池负极片及其制作方法
CN113451576B (zh) 石墨复合材料、其制备方法和锂离子电池
CN110890545A (zh) 一种pedot:pss/cmc复合粘结剂及其制备方法和应用
CN111354937B (zh) 一种锂离子电池用核壳结构高容量硅碳复合负极材料的制备方法
CN104393244A (zh) 锂离子电池中空ZnFe2O4纳米负极材料的制备方法
CN104425845A (zh) 一种高能量密度锂离子动力电池及其制造方法
CN101567469A (zh) 一种动力型聚合物锂离子电池及其制作工艺
CN111786017B (zh) 原位固化制备的高粘结性固态电解质、制备方法及应用
CN105390683A (zh) 一种锂离子电池硫基负极材料及其应用
CN108172744B (zh) 一种用于锂硫电池隔膜的Sb2Se3复合材料的制备方法
CN107910526A (zh) 一种高倍率高安全性镍钴锰酸锂三元材料的制备方法
CN107706446A (zh) 一种全固态锂‑二氧化碳二次电池
CN109888191A (zh) 一种含有纳米金刚石的锂离子电池极片及其制备方法
CN112563483A (zh) 一种锂离子电池正极活性物浆料及制备方法
CN107834070A (zh) 一种磷酸铁锂正极材料、锂离子电池及其制备方法
CN112397718A (zh) 一种自愈合锂离子电池硅基负极材料及其制备方法
CN116454283A (zh) 一种钾离子电池正极添加剂及其制备方法与应用
CN110444734A (zh) 硅硫电池预锂化方法
CN113782705B (zh) 锂离子电池的正极片及其制备方法、锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191022

RJ01 Rejection of invention patent application after publication