CN114204026A - 一种锂离子电池用水性粘结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池用水性粘结剂，该粘结剂由聚3,4‑乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚丙烯酸(PAA)复合而成。本发明提供的锂离子电池用水性粘结剂，结合了PEDOT:PSS的高导电性和PAA的强粘结力与弹性，将PEDOT:PSS和PAA通过高能球磨形成复合粘结剂PEDOT:PSS‑PAA，电化学性能优化更加显著，且制备方法简单，产物纯度高，成本较低，易于大规模推广与制备。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，更具体地，涉及一种锂离子电池用水性粘结剂及其制备方法。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高，使用寿命长，环保无污染等特点，逐渐成为新一代储能电源。锂离子电池主要由阴极，阳极，隔膜，电解液组成，粘结剂是组成电极的重要成分，对维持电极结构，保证活性材料与集流体的接触起了十分重要的作用。良好的粘结剂需要具有良好的导电性，利于电子传输，良好的化学稳定性，使其在电化学反应过程中不发生变质或者变性，另外还要有一定的机械强度和弹性，保证其自身结构稳定的同时缓冲活性材料的体积膨胀。
目前，聚偏氟乙烯(PVDF)是商业化锂电池最常使用的粘结剂，但对于充放电过程体积变化很大的合金型负极材料，例如硅基材料很容易发生强烈的体积膨胀，而造成诸多问题，PVDF便无法满足其要求，并且PVDF在电解液中容易发生溶胀，无法有效抑制电极材料的粉化脱落，在巨大的体积膨胀的情况下还会失去对活性材料颗粒之间的电化学接触而导致电极失活。水性粘结剂因其良好的粘结性能、环境友好以及成本低廉的优势得到了很多研究者的关注。作为新型的粘结剂，它们无需使用NMP作为分散剂，而是可以使用水来进行分散。但是水系粘结剂存在着自身的稳定性不易控制，当遇到疏水性材料或者密度不同的材料时，容易发生相分离的问题。使用水系粘结剂更大的挑战是在处理和干燥电极浆料时防止颗粒沉聚，例如，导电碳添加剂倾向于在稠密的电极浆中凝聚。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂离子电池用水性粘结剂及其制备方法，其目的在于进一步提高锂电池负极材料的电化学性能，尤其是对含硅材料相比比乳液型粘结剂有更加优良的性能；更好地解决了硅基负极材料体积膨胀问题，并提高首次库伦效率以及之后每次循环的放电比容量和充电比容量。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锂离子电池用水性粘结剂，其特征在于：所述粘结剂由聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚丙烯酸(PAA)复合而成。
优选的，所述聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚丙烯酸(PAA)的质量比为1：1～1：3。
优选的，所述聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚丙烯酸(PAA)的质量比为1：2。
按照本发明的另一个方面，提供了一种锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯酸(PAA)粉末加入到聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)水溶液中进行混合；
(2)将上述混合物放入球磨罐中，所述球磨罐置于惰性气体环境中密封球磨；
(3)球磨结束后，将所述球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率超声。
优选的，所述球磨转速为350～400rpm/min，球磨时间为1.5～3h。
优选的，所述PEDOT:PSS水溶液的质量分数为5％。
优选的，所述球磨罐为不锈钢材质。
按照本发明的另一个方面，提供了一种根据上述锂离子电池用水性粘结剂作为硅基负极材料的应用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的锂离子电池用水性粘结剂，将PEDOT:PSS和PAA粉末一起混合球磨形成复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA，一方面利用了PEDOT:PSS的高导电性使粘结剂具有良好的电子传输性能，另一方面利用了PAA的粘结力与弹性，使复合粘结剂具有良好的机械性能和粘附力，相比于传统粘结剂，本发明对SiP2负极的电化学性能优化更加显著，能更好解决硅基负极材料体积膨胀问题，并提高首次库伦效率以及之后每次循环的放电比容量和充电比容量。
(2)本发明提供的锂离子电池用水性粘结剂，通过不锈钢球磨罐进行高能球磨使粘结剂高分子的复合程度不仅仅局限于简单的物理混合，而是高分子链之间产生化学交联，提高电极材料的电化学性能。
(2)本发明提供的锂离子电池用水性粘结剂，采用高能球磨法合成，制备方法简单，可以在常温常压下进行，耗能少，产率高，产物纯度高，节约成本，易于大规模推广与制备。
附图说明
图1是本发明实施例提供的复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种锂离子电池用水性粘结剂的制备方法流程示意；
图3是本发明实施例提供的不同粘结剂的电化学性能对比图：
(a)PEDOT:PSS,(b)PEDOT:PSS-PAA(0.25g),(c)PEDOT:PSS-PAA(0.5g),(d)Li-PAA与PEDOT:PSS前5圈充放电容量
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所提供的一种锂离子电池用水性粘结剂，其发挥作用的原理在于PEDOT:PSS是一种导电率很高的高分子水溶液，该水溶液由PEDOT和PSS两部分聚合组成，这两种物质在一起极大的提高了PEDOT的溶解性，且具有很高的导电率，但是PEDOT:PSS的机械粘结性能并不好。PAA具有机械粘结性能好但导电性差，通过将二者进行有机结合，开发出来的PEDOT:PSS-PAA同时兼顾良好的导电性和机械粘结性能，本发明采用将PEDOT:PSS和PAA粉末按照一定的比例混合球磨形成一种复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA，如图1所示是复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA的结构示意图，通过高能球磨使其高分子的复合程度不仅仅局限于简单的物理混合，而是使高分子链之间产生化学交联，利用PAA的粘结力和弹性使复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA既具有良好的机械性能和粘附力，又同时利用PEDOT:PSS的高导电性使粘结剂具有良好的电子传输性能，一定程度上中和了电极材料中Si元素导电性不良的问题，从而提高了电极材料的电化学性能。
图2本发明实施例的一种锂离子电池用水性粘结剂的制备方法流程图；如图2示，本发明的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，按照如下步骤进行：
S1：将聚丙烯酸(PAA)粉末加入到聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)水溶液；
S2：将上述混合物放入球磨罐中，所述球磨罐置于惰性气体环境中密封球磨；
S3：球磨结束后，将所述球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率超声5～10min。
步骤S1中3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)为水溶液，优选其质量分数为5％的水溶液，5％的PEDOT水溶液密度为1g/ml。步骤S2中，为了防止球磨过程中副反应的发生，将球磨罐移入手套箱中(手套箱中有惰性气体氩气气氛保护，水氧含量<0.01ppm)进行密封，进一步地，球磨罐优选不锈钢球磨罐(含不锈钢珠20颗)，目的是引入Fe3+，利用Fe3+多元络合特性，将PEDOT:PSS以及PAA交联，以得到我们所需要的PEDOT:PSS-PAA复合粘结剂。球磨转速优选为350～400rpm/min，球磨时间为1.5～3h。
为便于更好理解本方案的制备方法和载体制备效果，下面将结合具体实例作进一步说明。
本发明的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，具有包括如下步骤：
(1)取5ml质量分数为5％的PEDOT:PSS水溶液(密度为1g/ml)和0.25～0.75g PAA粉末混合后，放入不锈钢球磨罐(含不锈钢珠20颗)中；
(2)将球磨罐移入手套箱中(氩气气氛保护，水氧含量<0.01ppm)进行密封，通过惰性气氛保护防止球磨过程副反应的发生；
(3)以350～400rpm/min的转速密封球磨1.5～3h后得到一定配比的PEDOT:PSS:PAA粘结剂。
(4)球磨完成后，将球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率(50W)超声5～10min，增加粘结剂流动性后取出粘性液体成品用于电池制作和测试。
实施例1
本实施例的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，具有包括如下步骤：
(1)取5ml质量分数为5％的PEDOT:PSS水溶液和0.25g PAA粉末混合后(相当于质量比1：1)，放入不锈钢球磨罐(含不锈钢珠20颗)中；
(2)将球磨罐移入手套箱中(氩气气氛保护，水氧含量<0.01ppm)进行密封，通过惰性气氛保护防止球磨过程副反应的发生；
(3)以400rpm/min的转速密封球磨1.5～3h后得到一定配比的PEDOT:PSS:PAA粘结剂。
(4)球磨完成后，将球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率(50W)超声5min，增加粘结剂流动性后取出粘性液体成品用于电池制作和测试。
将所得粘结剂用于电池制作并进行测试，所用电池为：
正极：活性物质为SiP2，活性物质、碳黑以及粘结剂的比例是7:2:1。
负极：锂片。
通过对电池充放电测试电池的首次库伦效率(％)、首次放电容量(mAh/g)和循环五圈后容量保持率(％)。使用蓝电测试系统测试电池的循环性能。
实施例2
本实施例的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，具有包括如下步骤：
(1)取5ml质量分数为5％的PEDOT:PSS水溶液和0.5g PAA粉末混合后(相当于质量比1：2)，放入不锈钢球磨罐(含不锈钢珠20颗)中；
(2)将球磨罐移入手套箱中(氩气气氛保护，水氧含量<0.01ppm)进行密封，通过惰性气氛保护防止球磨过程副反应的发生；
(3)以400rpm/min的转速密封球磨1.5～3h后得到一定配比的PEDOT:PSS:PAA粘结剂。
(4)球磨完成后，将球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率(50W)超声5min，增加粘结剂流动性后取出粘性液体成品用于电池制作和测试。电池制作和进行测试方法同实施例1。
实施例3
本实施例的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，具有包括如下步骤：
(1)取5ml质量分数为5％的PEDOT:PSS水溶液和0.75g PAA粉末混合后(相当于质量比1：3)，放入不锈钢球磨罐(含不锈钢珠20颗)中；
(2)将球磨罐移入手套箱中(氩气气氛保护，水氧含量<0.01ppm)进行密封，通过惰性气氛保护防止球磨过程副反应的发生；
(3)以400rpm/min的转速密封球磨1.5～3h后得到一定配比的PEDOT:PSS:PAA粘结剂。
(4)球磨完成后，将球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率(50W)超声5min，增加粘结剂流动性后取出粘性液体成品用于电池制作和测试。电池制作和进行测试方法同实施例1。
实施例4
本实施例的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，具有包括如下步骤：
(1)取5ml质量分数为5％的PEDOT:PSS水溶液和0.25g PAA粉末混合后(相当于质量比1：1)，放入玛瑙球磨罐(含玛瑙珠20颗)中；
(2)将球磨罐移入手套箱中(氩气气氛保护，水氧含量<0.01ppm)进行密封，通过惰性气氛保护防止球磨过程副反应的发生；
(3)以400rpm/min的转速密封球磨1.5～3h后得到一定配比的PEDOT:PSS:PAA粘结剂。
(4)球磨完成后，将球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率(50W)超声5min，增加粘结剂流动性后取出粘性液体成品用于电池制作和测试。电池制作和进行测试方法同实施例1。
对比例采用水系粘结剂Li-PAA制作电池作为对比例1；采用纯PEDOT:PSS粘结剂做SiP2电极作为对比例2，电池制作和进行测试方法同实施例1。
实施例1-3与对比例制作电池的测试结果如下表和图3所示：
图3是本发明实施例提供的不同粘结剂的电化学性能对比图，从图3和表中测试结果可以看出，本发明实施例1-3的复合粘结剂其首次库伦效率、首次放电容量和循环五圈后容量保持率均要优于对比例2中的纯PEDOT:PSS；说明PEDOT:PSS-PAA由于兼具了PEDOT:PSS和PAA的强导电性和强粘结力，循环性能得到了很好的提升。
从表中测试结果可以看出，本发明实施例1-3的复合粘结剂，PEDOT:PSS和PAA比例的不同会影响最终复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA的电化学性能，实施例2中含PEDOT:PSS-PAA(0.5g)的复合粘结剂首次放电容量在2550mAh/g，且首次库伦效率和循环五圈后容量保持率均要优于PEDOT:PSS-PAA(0.25g)和PEDOT:PSS-PAA(0.75g)，实施例3中PEDOT:PSS-PAA(0.75g)的复合粘结剂，不论在首次库伦效率、首次放电容量及循环保持率方面都低于实施例2和实施例2中的复合粘结剂。
从表中测试结果和图3(d)可以看出，本发明实施例2中的复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA(0.5g)的电化学性能与对比例1中Li-PAA粘结剂进行比较，可以看到，两种粘结剂首次放电比容量的差距不大，但是相对于首次库伦效率以及之后每次循环的放电比容量和充电比容量，PEDOT:PSS-PAA(0.5g)复合粘结剂均高于Li-PAA水系粘结剂，说明实施例2中PEDOT:PSS-PAA(0.5g)复合粘结剂对SiP2负极的电化学性能优化更加显著，更适合于具有极大体积膨胀的SiP2负极。
实施例4中将不锈钢材质的球磨罐替换成玛瑙材质的球磨罐，在其他条件相同的情况下，使用玛瑙球磨罐最终获得的粘结剂的电化学性能明显差于不锈钢球磨罐，因为使用玛瑙球磨罐，缺少了铁离子的络合作用，复合粘结剂没有办法很好的交联，因此电化学性能远远达不到使用不锈钢球磨罐的效果。
相比于现有的传统锂电池粘结剂，本发明提供的锂离子电池用水性粘结剂，将PEDOT:PSS和PAA粉末一起混合球磨形成复合粘结剂PEDOT:PSS-PAA，一方面利用了PEDOT:PSS的高导电性使粘结剂具有良好的电子传输性能，另一方面利用了PAA的粘结力与弹性，使复合粘结剂具有良好的机械性能和粘附力，相比于传统粘结剂，本发明对SiP2负极的电化学性能优化更加显著，能更好解决硅基负极材料体积膨胀问题，并提高首次库伦效率以及之后每次循环的放电比容量和充电比容量。通过不锈钢球磨罐进行高能球磨使粘结剂高分子的复合程度不仅仅局限于简单的物理混合，而是高分子链之间产生化学交联，提高电极材料的电化学性能。且制备方法简单，可以在常温常压下进行，耗能少，产率高，产物纯度高，节约成本，易于大规模推广与制备。。
以上实施例中，所列出的具体参数和数值仅是示例性的，并不代表是对本方案的限定，实际上本方案各步骤中具体参数及数值范围并不局限于此，各参数及其数值凡是在本发明所概况的范围内的均是可行的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种锂离子电池用水性粘结剂，其特征在于：所述粘结剂由聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚丙烯酸(PAA)复合而成。
2.如权利要求1所述的锂离子电池用水性粘结剂，其特征在于，所述聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚丙烯酸(PAA)的质量比为1：1～1：3。
3.如权利要求2所述的锂离子电池用水性粘结剂，其特征在于，所述聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚丙烯酸(PAA)的质量比为1：2。
4.一种锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯酸(PAA)粉末加入到聚3,4-乙烯二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)水溶液中进行混合；
(2)将上述混合物放入球磨罐中，所述球磨罐置于惰性气体环境中密封球磨；
(3)球磨结束后，将所述球磨罐放入超声波清洗机中进行低功率超声。
5.如权利要求3所述的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，所述球磨转速为350～400rpm/min，球磨时间为1.5～3h。
6.如权利要求3所述的锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，所述PEDOT:PSS水溶液的质量分数为5％。
7.如权利要求4-6所述的任一种锂离子电池用水性粘结剂的制备方法，所述球磨罐为不锈钢材质。
8.一种根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池用水性粘结剂作为硅基负极材料的应用。
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| CN110336037A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-15 | 上海交通大学 | 一种用于锂离子电池负极材料的水系粘结剂及其制备方法 |
| CN110890545A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-03-17 | 北京理工大学 | 一种pedot:pss/cmc复合粘结剂及其制备方法和应用 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107681158A (zh) * | 2017-09-17 | 2018-02-09 | 亚士创能科技(上海)股份有限公司 | 锂电池硅基负极材料自愈合粘结剂、锂电池硅基负极材料及其制备方法、电池负极和锂电池 |
| CN109167064A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-08 | 李国富 | 一种应用在锂离子电池正极材料中的复合粘结剂及其制备方法 |
| CN110336037A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-15 | 上海交通大学 | 一种用于锂离子电池负极材料的水系粘结剂及其制备方法 |
| CN110890545A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-03-17 | 北京理工大学 | 一种pedot:pss/cmc复合粘结剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIN PAN等: ""PAA/PEDOT:PSS as a multifunctional, water-soluble binder to improve the capacity and stability of lithium – sulfur batteries"", 《RSC ADVANCES》, vol. 6, pages 40650 - 40655 * |
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