CN114927692A - 负极材料的粘结剂和电化学装置 - Google Patents

负极材料的粘结剂和电化学装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114927692A
CN114927692A CN202210605292.6A CN202210605292A CN114927692A CN 114927692 A CN114927692 A CN 114927692A CN 202210605292 A CN202210605292 A CN 202210605292A CN 114927692 A CN114927692 A CN 114927692A
Authority
CN
China
Prior art keywords
binder
negative electrode
electrochemical device
halogen atom
material layer
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
CN202210605292.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李�昊
王子沅
莫方杰
王仁和
余乐
孙化雨
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.)
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd
Original Assignee
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd
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 Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd, Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd filed Critical Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Priority to CN202210605292.6A priority Critical patent/CN114927692A/zh
Publication of CN114927692A publication Critical patent/CN114927692A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明提供一种负极材料的粘结剂和电化学装置。所述粘结剂为聚烯基磺酸锂化合物，采用聚烯基磺酸锂化合物，将聚丙烯酸锂进一步优化替换为聚烯基磺酸基锂。通过将羧基替换为磺酸基，能够提升侧链阴离子基团的电负性，锂离子更容易解离出来，从而加快锂离子的传输，提升快充性能。

Description

负极材料的粘结剂和电化学装置
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种负极材料的粘结剂和电化学装置。
背景技术
锂离子电池是一种综合性能优异的电化学储能装置，被广泛应用于3C数码电子产品和新能源汽车等领域，尤其是在动力电池领域，目前消费端对电动汽车提出了较高的快充要求。聚丙烯酸钠(PAANa)作为一种负极粘结剂，常用于硅基负极材料的制备，这对于抑制硅颗粒的体积膨胀和提升负极片的粘结力存在显著的作用。
为了进一步提高锂离子电池的电化学性能，在硅基负极材料的电池体系中，其快充能力较差的技术问题一直尚未解决，通常采用聚丙烯酸锂(PAALi)作为替代品粘结剂。其侧链的阳离子由钠离子全部替换成了锂离子，有利于提高锂离子的传输能力，因此锂离子电池的快充能力有所提升。但是，目前PAALi同样满足不了现有电池体系的快充需求，因此需要在该基础上继续改进，以达到更高的快充能力。
因此，在本领域中，期望开发一种能够提高锂离子电池的快速充放电能力，并能提高硅负极材料的电化学性能的负极材料粘结剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种负极材料的粘结剂和电化学装置。本发明提供的负极粘结剂提高了锂离子的传输能力，进而提升电池的快充性能。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种负极材料的粘结剂，所述粘结剂包含具有式(1)所示结构的聚烯基磺酸锂化合物：
Figure BDA0003670394540000021
其中R选自单键、苯基、被卤素原子取代的苯基、被卤素原子取代的烷基、苯甲氧基、苯胺基、萘基、蒽基、C1至C8的直链烷基或C1至C8的支链烷基。
本发明通过R为苯基、苯甲氧基、苯胺基、萘基或蒽基时，其大π键能够与式磺酸基(-SO3 -)形成共轭效应，其负电荷能够更好的离域到整个分子结构上，Li+更容易发生解离。
当R为被卤素基团取代的烷基或被卤素基团取代的苯基时，由于卤素基团具有强吸电子的特征，可以使得磺酸基(-SO3 -)发生诱导效应，使其子云密度降低，Li+更容易发生解离。此外，当苯环上存在卤素取代基时，共轭与诱导效应同时发生，磺酸基(-SO3 -)的电子云密度进一步降低，Li+的解离也进一步加强。
在本发明中，所述负极材料的粘结剂的重均分子量为80万至120万，例如可以为80万、82万、85万、88万、90万、92万、95万、98万、100万、102万、105万、108万、110万、112万、115万、118万、120万。
优选地，当R为单键时，所述粘结剂的结构式如下：
Figure BDA0003670394540000022
Figure BDA0003670394540000031
优选地，所述粘结剂的结构式如下：
Figure BDA0003670394540000032
其中R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、卤素原子或被卤素原子取代的烷基基团。
优选地，所述粘结剂为如下化合物中的任意一种：
Figure BDA0003670394540000033
优选地，所述粘结剂的结构式如下：
Figure BDA0003670394540000041
其中R1、R2各自独立地选自卤素原子或被卤素原子取代的烷基基团。
优选地，所述粘结剂为如下化合物中的任意一种：
Figure BDA0003670394540000042
第二方面，本发明提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括正极片、负极片、电解液和隔膜。
优选地，所述负极片包括集流体以及涂覆在集流体表面的负极活性物质层。
优选地，所述负极活性物质层包括负极材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为根据第一方面所述的粘结剂。
优选地，所述负极活性物质层中负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为满足以下条件(a)至(b)中的任意一个：
(a)所述负极活性物质层中负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为(80％至96％):(1％至5％):(3％至15％)；
(b)所述负极活性物质层中负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为(94％至96％):(1％至1.5％):(3％至4.5％)。
在本发明中，所述负极活性物质层中负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为(80％至96％):(1％至5％):(3％至15％)，例如可以为80％:5％:15％、85％:5％:10％、90％:5％:5％、94％:1.5％:4.5％、95％:2％:3％、96％:1％:3％，优选为(94％至96％):(1％至1.5％):(3％至4.5％)。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种聚烯基磺酸锂化合物的负极粘结剂，将聚丙烯酸锂进一步优化，替换为聚磺酸基锂。通过将羧基替换为磺酸基，能够提升侧链阴离子基团的电负性，锂离子更容易解离出来，从而加快锂离子的传输，提升快充性能。
具体实施方式
下面通过结合具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种负极材料的粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯基磺酸锂。
本实施例还提供了一种锂离子电池，锂离子电池的制备方法如下：
正极片制备：镍钴锰酸锂三元材料(NCM)、导电炭黑(Super P)、导电碳管(CNT)、N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)和聚偏氟乙烯(PVDF)的质量比为97:1:0.5:40:1.5。极片制备方法包括下述步骤：先将Super P、CNT、NMP和PVDF以质量比1:0.5:40:1.5高速分散搅拌2h，制备成导电浆液。之后，将镍钴锰酸锂三元材料(NCM)与导电浆液高速搅拌混合，制备成具有一定粘度的正极浆料，将制备的浆料利用刮刀均匀地涂布在铝箔上，置于鼓风干燥箱中，在120℃下干燥20分钟。最后，将干燥的电极片辊压和裁切，制成正极片。
负极片制备：硅氧负极材料(SiOx)、石墨负极材料(Gr)、导电炭黑(Super P)、导电碳管(CNT)、去离子水和粘结剂的质量比为5.5:90:1:0.5:100:3。极片制备方法包括下述步骤：先将Super P、CNT、去离子水和粘结剂以质量比1:0.5:100:3高速分散搅拌2h，制备成导电浆液。之后，将SiOx与Gr与导电浆液高速搅拌混合，制备成具有一定粘度的负极浆料，将制备的浆料利用刮刀均匀地涂布在铜箔上，置于鼓风干燥箱中，在100℃下干燥60分钟。最后，将干燥的电极片辊压和裁切，制成负极片。
锂离子电池制备：将上述裁切好的正负极片与隔膜一起通过叠片的方式，组装成1Ah的小软包电池，进行电化学性能测试。
其他实施例和对比例是在实施例1步骤的基础上进行参数变更，具体变更的参数如表1所示：
表1
Figure BDA0003670394540000061
Figure BDA0003670394540000071
上述实施例和对比例中采用的粘结剂的重均分子量如下：
实施例1：83.3万；实施例2：105.2万；实施例3：117.9万；实施例4：88.1万；实施例5：96.0万；实施例6和实施例7均为83.3万；对比例1：85.8万；对比例2：86.2万。
测试条件
将实施例1至实施例7与对比例1至对比例2制备得到的锂离子电池分别进行高温循环、高温存储性能和离子电导率性能测试，测试方法如下：
(1)直流电阻测试：电池的荷电态为50％SOC，在4C的电流密度下放电30s。
(2)倍率性能测试：电压范围为2.5至4.2V，在电流密度分别为3C和1/3C条件下测试倍率放电性能(容量保持率)；在电流密度为2C和1/3C条件下测试倍率充电性能(容量保持率)。
(3)低温性能测试：电压范围为2.5至4.2V，电流密度为1/3C，在温度为-25℃的条件下测试容量保持率。
测试的结果如表2所示：
表2：
Figure BDA0003670394540000081
由表1和表2的数据可以看出，与对比例1至对比例2相比，本发明采用聚烯基磺酸锂化合物的侧链为磺酸基时，其导离子能力比羧基更强，因此其动力学性能(直流电阻、倍率性能以及低温性能)相比于聚丙烯酸锂的性能更加出色。
实施例1至实施例5表明引入苯环基团以及卤代烷基均能增强聚磺酸锂化合物的导离子能力，并且二者之间具有协同作用，即当侧链同时具有苯环和卤代烷基时，其导离子能力最强，动力学性能也最好。另外，本发明通过调整活性物质、导电剂以及粘结剂具有合适的比例，使得锂离子电池具有较好的电化学性能，实施例6和实施例7表明当超出或者低于三者化合物比例范围外均能够影响动力学性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的锂离子电池非水电解液及其应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种负极材料的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包含具有式(1)所示结构的聚烯基磺酸锂化合物：
Figure FDA0003670394530000011
其中R选自单键、苯基、被卤素原子取代的苯基、被卤素原子取代的烷基、苯甲氧基、苯胺基、萘基、蒽基、C1至C8的直链烷基或C1至C8的支链烷基。
2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，当R为单键时，所述粘结剂的结构式如下：
Figure FDA0003670394530000012
3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂的结构式如下：
Figure FDA0003670394530000013
其中R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、卤素原子或被卤素原子取代的烷基基团。
4.根据权利要求3所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂为如下化合物中的任意一种：
Figure FDA0003670394530000021
5.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂的结构式如下：
Figure FDA0003670394530000022
其中R1、R2各自独立地选自卤素原子或被卤素原子取代的烷基基团。
6.根据权利要求5所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂为如下化合物中的任意一种：
Figure FDA0003670394530000031
7.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括正极片、负极片、电解液和隔膜。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，所述负极片包括集流体以及涂覆在集流体表面的负极活性物质层。
9.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，所述负极活性物质层包括负极材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为根据权利要求1-6中任一项所述的粘结剂。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其特征在于，所述负极活性物质层中负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为满足以下条件(a)至(b)中的任意一个：
(a)所述负极活性物质层中负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为(80％至96％):(1％至5％):(3％至15％)；
(b)所述负极活性物质层中负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为(94％至96％):(1％至1.5％):(3％至4.5％)。
CN202210605292.6A 2022-05-30 2022-05-30 负极材料的粘结剂和电化学装置 Pending CN114927692A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210605292.6A CN114927692A (zh) 2022-05-30 2022-05-30 负极材料的粘结剂和电化学装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210605292.6A CN114927692A (zh) 2022-05-30 2022-05-30 负极材料的粘结剂和电化学装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114927692A true CN114927692A (zh) 2022-08-19

Family

ID=82812135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210605292.6A Pending CN114927692A (zh) 2022-05-30 2022-05-30 负极材料的粘结剂和电化学装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114927692A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117117077A (zh) * 2023-01-13 2023-11-24 荣耀终端有限公司 一种负极极片、负极极片的制备方法及锂离子电池

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009059514A (ja) * 2007-08-30 2009-03-19 Sony Corp 負極および電池
JP2013225497A (ja) * 2012-03-19 2013-10-31 Yokohama National Univ アルカリ金属−硫黄系二次電池
JP2015037068A (ja) * 2013-08-16 2015-02-23 日立マクセル株式会社 リチウムイオン電池用正極およびリチウムイオン二次電池
CN105633411A (zh) * 2016-03-11 2016-06-01 湖州创亚动力电池材料有限公司 适用于锂离子电池硅基负极材料的复合粘结剂、复合粘结剂的制法及负极材料
CN105914397A (zh) * 2016-06-28 2016-08-31 哈尔滨工业大学 含氟聚合物电解质及其制备方法和应用
KR20190003885A (ko) * 2017-06-30 2019-01-10 재단법인대구경북과학기술원 음극 활물질 및 그 음극 활물질을 포함하는 리튬이온 2차 전지 및 리튬이온 커패시터
CN112864387A (zh) * 2021-01-04 2021-05-28 昆山宝创新能源科技有限公司 负极浆料及其制备方法和应用
CN114335544A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 湖南大晶新材料有限公司 一种水系粘结剂、锂离子电池负极材料及锂离子电池

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009059514A (ja) * 2007-08-30 2009-03-19 Sony Corp 負極および電池
JP2013225497A (ja) * 2012-03-19 2013-10-31 Yokohama National Univ アルカリ金属−硫黄系二次電池
JP2015037068A (ja) * 2013-08-16 2015-02-23 日立マクセル株式会社 リチウムイオン電池用正極およびリチウムイオン二次電池
CN105633411A (zh) * 2016-03-11 2016-06-01 湖州创亚动力电池材料有限公司 适用于锂离子电池硅基负极材料的复合粘结剂、复合粘结剂的制法及负极材料
CN105914397A (zh) * 2016-06-28 2016-08-31 哈尔滨工业大学 含氟聚合物电解质及其制备方法和应用
KR20190003885A (ko) * 2017-06-30 2019-01-10 재단법인대구경북과학기술원 음극 활물질 및 그 음극 활물질을 포함하는 리튬이온 2차 전지 및 리튬이온 커패시터
CN112864387A (zh) * 2021-01-04 2021-05-28 昆山宝创新能源科技有限公司 负极浆料及其制备方法和应用
CN114335544A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 湖南大晶新材料有限公司 一种水系粘结剂、锂离子电池负极材料及锂离子电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117117077A (zh) * 2023-01-13 2023-11-24 荣耀终端有限公司 一种负极极片、负极极片的制备方法及锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109119592B (zh) 一种钛酸锂负极极片、制备方法及钛酸锂电池
CN110635133B (zh) 一种快充型锂离子电池及其制备方法
WO2015018114A1 (zh) 天然高分子衍生物-导电聚合物水性复合粘结剂及其应用
CN112271271A (zh) 负极片及制备方法、锂离子电芯、锂离子电池包及其应用
CN109088033B (zh) 高安全高能量长循环的磷酸铁锂型18650锂电池及其制备方法
CN111600064A (zh) 高能量密度长寿命的快充锂离子电池及其制备方法
CN112736245B (zh) 一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用
CN114937813B (zh) 锂离子电池和电子设备
KR20190077319A (ko) 다공성 실리콘 물질 및 전도성 중합체 결합제 전극
CN112151865B (zh) 一种锂离子电池用电解液及包括该电解液的锂离子电池
CN112290080A (zh) 一种可低温充电的锂离子电池
CN115172653A (zh) 复合正极、固态锂离子二次电池和用电设备
CN110783554B (zh) 一种高倍率耐低温长寿命的锂离子电池负极材料
CN110190258B (zh) 硅碳复合材料水性复合浆料及其制备方法、锂离子电池
CN108878893B (zh) 一种快充锂离子电池负极用改性集流体及其制备方法
CN114927692A (zh) 负极材料的粘结剂和电化学装置
CN113764673B (zh) 电极浆料组合物及其制法、涂有它的极片和包括该极片的锂离子电池
CN108987803B (zh) 一种用于锂硫电池的锂金属负极成膜电解液及其添加剂
CN113488696A (zh) 一种圆柱锂离子电池高浸润性电解液
CN114583094A (zh) 一种能够提高低温性能的锂离子电池及其制备方法
CN110890595A (zh) 一种超低温电子烟锂离子电池的制备方法
CN111106349A (zh) 一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池
CN111293366B (zh) 一种磷酸铁锂正极的锂离子电池的制备方法
CN114006040B (zh) 一种兼顾快充和超低温放电性能的电解液及锂离子电池
CN114361457B (zh) 一种负极极片及包含其的二次电池

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