CN1120210C - 锂离子电池胶粘剂 - Google Patents

Abstract

一种锂离子电池胶粘剂，其重量份数如下：聚偏氟乙烯树脂3-15，N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺85-95，偶联剂1-5，偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷；本发明的胶粘剂由于添加了一定比例的偶联剂，增强了胶粘剂与集流体表面的结合，显著提高了胶粘剂对锂离子电池正极集流体的粘接性能以及所粘胶层的耐电解液性能，对电池的充放电性能基本无消极影响。

Description

锂离子电池胶粘剂

本发明涉及二次电池，更详细地是制造锂离子二次电池时使用的胶粘剂。

锂离子电池电极极片的制造过程为：将一定比例的正极或负极活性物质、导电剂、PVDF(聚偏氟乙烯)胶粘剂和溶剂N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺制浆充分混合后，均匀地涂敷于集流体铝箔或铜箔上，经干燥、碾压、裁分后即可得一定厚度的电池极片。由于锂离子电池的电极采用涂布法制备，涂层薄(涂层厚度通常为0.10-0.20mm)，加上采用非水系碳酸酯类做电解质的溶剂、要在高电压下工作，因此，要求锂离子电池所使用的胶粘剂必须要满足以下的条件：

1.电化学稳定性好，分解电压参比金属锂要在4.5V以上；

2.能够抵御极性的电解质溶液的有机溶剂的侵蚀，不溶解，不溶胀；

3.在有机溶剂中溶解性好，能够配制成溶液型的胶粘剂，在用量很少的情况下，能完好地把锂离子电池的各种粉体物质均匀地混合并粘结在一起；

4.对金属集流体有良好的粘结性能，不会出现掉粉、影响电池循环性能的情况。

5.具有较好的柔软性，能防止电极在卷绕和使用过程中卷绕处掉粉或开裂，以及保证涂布时涂层可以很薄。

由于PVDF胶粘剂能够溶解于有机溶剂中，具有优良的电化学稳定性和耐化学介质性能，因此被普遍地应用于锂离子电池的电极成型中。但是，PVDF虽然能够基本满足锂离子电池对其胶粘剂性能的要求，却仍然存在较多的性能缺陷，如PVDF对电池的集流体金属和活性物质微粒的粘接性能欠佳，它耐电解液腐蚀的性能不尽完善；经过多次充放电循环后，电池的极片表面容易出现掉粉现象，减少电池的实际参与工作的活性物质的数量，降低电池的循环寿命。

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点，提供一种锂离子电池胶粘剂，提高PVDF胶粘剂对锂离子电池正极集流体铝箔的粘接性能和胶层的耐电解液性能，提高电池活性物质与电池集流体的粘合性能，减少电池多次充放电循环后的掉粉现象，改善电池的循环寿命。

本发明的锂离子电池胶粘剂的重量份数如下：

聚偏氟乙烯树脂                          3--15

N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺           85--95

偶联剂                                 1--5

其中聚偏氟乙烯树脂是胶粘剂的主要成分；N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺是有机溶剂，其作用是溶解聚偏氟乙烯树脂，制成液态胶粘剂，以便于电池电极成型中的混料和涂布；偶联剂是粘接助剂，用于提高粘接性能。

本发明选择γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂。

本发明的粘接剂主要用于粘接锂离子电池正极集流体。

发明人经过探索性研究试验发现，采用下列重量份数配方得到的胶粘剂的粘接性能和胶层的耐电解液性能最佳：

聚偏氟乙烯树脂                          10

N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺            90

γ-氨丙基三乙氧基硅烷                   3

本发明的锂离子电池胶粘剂的使用方法与现有技术相同。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明的锂离子电池胶粘剂由于添加了一定比例的偶联剂，增强了胶粘剂与集流体表面的结合，显著提高了胶粘剂对锂离子电池正极集流体的粘接性能以及所粘胶层的耐电解液性能；

2、本发明的锂离子电池胶粘剂对电池的充放电性能基本无消极影响。

下面通过实施例子对本发明作进一步说明。

实施例1

将15克聚偏氟乙烯树脂溶解于90毫升二甲基乙酰胺中，配成胶粘剂，称为1号胶粘剂。

将15克聚偏氟乙烯树脂溶解于90毫升二甲基乙酰胺中，加入5克γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷(KH550)，配成胶粘剂，称为2号胶粘剂。

为便于性能测试和研究，用1号、2号胶粘剂粘接与锂离子电池正极集流体材质完全相同的铝片：在铝片表面薄而均匀地涂胶8次，每次间隔5分钟，然后在60℃×4h+180℃×10min的条件下干燥试样。

1、2号胶粘剂粘接试样的粘接性能和耐电解液性能如表1所示。表1  用1、2号胶粘剂的粘接试样的粘接强度和胶层的耐电解液性能(MP_a)

                 1号胶粘剂    2号胶粘剂   增加百分率

 起始状态        2.28         4.21        84.65％

 PC中浸泡10天    1.11         1.87        68.47％

 DME中浸泡7天    1.12         1.97        75.89％

 EC+DEC中浸泡7天 1.35         2.20        62.96％

根据表1可见，2号胶粘剂对铝片的粘合强度由2.28 MPa提高到4.21MPa，提高了84.65％；同时2号胶粘剂粘接铝片试样的耐电解液性能也有显著的提高，胶层耐电解液侵蚀能力的提高都在60％以上。

实施例2

将10克聚偏氟乙烯树脂溶解于90毫升二甲基乙酰胺中，配成胶粘剂，称为3号胶粘剂。

将10克聚偏氟乙烯树脂溶解于90毫升二甲基乙酰胺中，加入3克γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷，配成胶粘剂，称为4号胶粘剂。

将3号、4号胶粘剂用于粘接与锂离子电池正极集流体材质完全相同的铝片：在铝片表面薄而均匀地涂胶8次，每次间隔5分钟，然后在60℃×4h+180℃×10min的条件下干燥试样。

3，4号胶粘剂粘接试样的粘接性能和耐电解液性能如表2所示。

表2  用3、4号胶粘剂的粘接试样的粘接强度和耐电解液性能(MP_a)

                 3号胶粘剂    4号胶粘剂    增加百分率起始状态             2.30         4.31         87.39％PC中浸泡10天         1.14         1.60         40.35％DME中浸泡7天         1.17         2.27         94.01％EC+DEC中浸泡7天      1.39         1.91         41.48％

由表2的数据可知，4号胶粘剂比3号胶粘剂对铝片的粘合强度提高了87.39％，提高了近一倍；虽然胶粘剂的耐电解液性能与电解液种类有关，但是4号胶粘剂的耐电解液性能明显有所改善。

实施例3

将3克聚偏氟乙烯树脂溶解于95毫升二甲基乙酰胺中，配成胶粘剂，称为5号胶粘剂。

将3克聚偏氟乙烯树脂溶解于95毫升二甲基乙酰胺中，加入1克γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷，配成胶粘剂，称为6号胶粘剂。

将5号、6号胶粘剂用于制作锂离子电池正极模拟电池的极片，即按85∶7∶8的比例混合正极活性物质、5号或6号胶粘剂和导电剂，然后将充分混合的浆料分别均匀地涂覆在铝箔上，在100℃下干燥60分钟彻底去除溶剂后即制成锂离子电池的正极极片，用这些极片分别制得锂离子电池正极模拟电池。表3对比了分别采用5、6号胶粘剂的正极模拟电池的放电性能。表3  采用5、6号胶粘剂的锂离子电池正极模拟电池的放电性能(单位：mAh/g)

  循环次数        5号胶粘剂        6号胶粘剂

      1            121.0             118.1

      2            114.4             111.7

      3            113.1             107.4

      4            109.7             105.8

      5            104.5             102.9

由表3可见，对比采用5号、5号胶粘剂的正极模拟电池的放电性能可以发现，添加了偶联剂的正极模拟电池放电性能并没有明显变化，即胶粘剂中偶联剂后对电池的充放电性能基本无消极的影响。

Claims (2)

1、一种锂离子电池胶粘剂，其特征在于重量份数如下：

   聚偏氟乙烯树脂                          3--15

   N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺             85--95

   偶联剂                                  1--5

偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。

2、按照权利要求1所述的锂离子电池胶粘剂，其特征在于重量份数如下：

   聚偏氟乙烯树脂                          10

   N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺             90

   γ-氨丙基三乙氧基硅烷                   3。