CN117801728A - 粘结剂及浆料、电极片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现良好石墨浆料分散性的粘结剂配方，其特征在于，由纤维型粘结剂，聚丙烯酸，以及聚环氧乙烷/环糊精复合而成；所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、聚环氧乙烷的份数分别为10‑20份、50‑70份、10‑20份；所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、环糊精的比例为20‑30份、30‑70份、10‑20份。本发明通过简单的调整方法——粘结剂的配方实现石墨浆料的高分散和石墨涂层与集流体的强粘结力，且不会对电化学性能造成影响，也不会因为引入其他特殊物质，出现残留而使得电池的安全性存在不确定因素。本发明还公开了一种使用上述粘结剂的浆料及电极片。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其是涉及一种粘结剂及浆料、电极片。
背景技术
锂离子电池因储能量高，放电电压稳定，可以多次重复充放电等优势，已经被广泛应用于日常生活，而拥有长寿命、高性能的的锂离子电池是目前储能市场的主流产品。锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔膜、外壳组成，通过Li+在活性材料中的可逆嵌入和脱嵌，发生氧化还原反应来存储和释放电能。锂离子电池的正极、负极主要由活性物质、导电剂、粘结剂构成，其制备过程是将上述物质一起调配成浆料，涂覆到集流体上，经烘干、辊压、模切、分条等加工工艺制得。要想获得好的正极、负极极片，获得满足条件的浆料至关重要，这不仅涉及实际生产中操作的可行性，也关系到最终获得的电池性能的好坏。
为了使浆料或者基于浆料获得的正极负极具有某个特性，比如耐高温、分散性等，目前采用的方法通常是引入其他物质，比如为了使得浆料分散好，常需要加入醇类物质等分散剂，而这一类有特殊功能的物质加入的很可能会对整个电池体系产生影响。
此外，为了使粘结剂具有某个特性，也有方案提出通过复杂的分散方法实现，例如，浙江南都电源动力有限公司提出将活性物质和粘结剂等分别加入溶剂获得A、B两种预混料，而后在一定温度和超声功率下，向混合器中同时增压喷射预混料A、预混料B，这两种预混料分布形成雾状且碰撞混料，而实现了浆料体系的粒度分散均匀(CN115295751A)，但是该方法对搅拌装置有较高的要求，实现难度较大。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种粘结剂及浆料、电极片。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种粘结剂，所述粘结剂包括纤维型粘结剂，聚丙烯酸，以及聚环氧乙烷/环糊精粘结剂；
所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、聚环氧乙烷的质量份数分别为10-20份、50-70份、10-20份；
或者，所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、环糊精的比例为20-30份、30-70份、10-20份。
该方案通过纤维粘结剂、聚丙烯酸，以及聚环氧乙烷/环糊精的成分组合，加之合适的配比，能够在常规的操作流程，且无需额外引入特殊物质，无需更换或者改良装置的前提下实现粘接强度更高和分散性能更好的粘结剂配方。
在上述的粘结剂中，所述纤维型粘结剂为羧甲基纤维素钠；
所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、环糊精组合中，聚丙烯酸的份数为50-70份。
在上述的粘结剂中，所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、聚环氧乙烷的质量份数比为5：23：5。
在上述的粘结剂中，所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、环糊精的质量份数比为10：17：6。
一种浆料，由活性物质、导电剂与粘结剂调配而成，所述的粘结剂配方如上所述。
在上述的浆料中，所述的导电剂为导电碳黑、石墨烯碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种；
活性物质为天然石墨、人造石墨中的至少一种。
在上述的浆料中，所述浆料的制备方法如下：
将活性物质和导电剂预先进行干混；
而后加入羧甲基纤维素钠胶液进行分散；
充分搅拌均匀后加入适量聚丙烯酸，再搅拌1h-2h；
最后加入聚环氧乙烷/环糊精，形成活性物质浆料。
在上述的浆料中，所述浆料的固含量为(50±5)％，制备过程中所用溶剂为去离子水；
其中质量分数分布为，活性物质(95.2-96.5)％，导电剂(1.0-1.5)％，粘结剂(2.0-3.3)％。
一种电极片，通过使用上述浆料涂覆在集流体上经过相应的加工工艺制得。将所得浆料涂布在铜箔正、反两面，然后在80℃干燥，制得石墨极片，具体加工工艺与现有技术一致，背景技术也有一些介绍，不在此赘述。
在上述的电极片中，所述的集流体为普通铜箔或复合铜箔；
所述的电极片为正极片或负极片。
本发明的优点在于：通过简单的调整方法——粘结剂的配方实现石墨浆料的高分散和石墨涂层与集流体的强粘结力，且不会对电化学性能造成影响，也不会因为引入其他特殊物质，出现残留而使得电池的安全性存在不确定因素。
附图说明
图1为实施例一石墨负极表面形貌表征图；
图2为实施例二石墨负极表面形貌表征图；
图3为对比例石墨负极表面形貌表征图。
具体实施方式
浆料在充分搅拌后的出料粘度、稳定性等和加入物料的固含量、所用的粘结剂体系有很大的关系，本发明关注粘结剂在浆料体系中的作用，虽然粘结剂只是电极片中的非活性物质，但给整个极片体系提供了粘结力，增强了活性物质间、活性物质与导电剂形成的网络以及活性物质与集流体间的相互作用。本方案提出通过调整粘结剂的配方来实现浆料体系的稳定性、高分散性，不需要额外引入特殊物质，不需要去更换或者改良搅拌装置，不需要复杂的操作流程。
具体地，本发明提供一种粘结剂的配方调整来实现浆料的高分散性，并实现石墨涂层与集流体的强粘结力。石墨正极与石墨负极类似，本方案以石墨负极为例进行说明。石墨负极的配方一般包含活性物质、粘结剂、导电剂。负极活性物质为人造石墨或者天然石墨中的至少一种；导电剂为导电碳黑、石墨烯碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种；集流体为普通铜箔或复合铜箔中的一种；粘结剂为复合粘结剂，羧甲基纤维素钠、聚环氧乙烷/环糊精、改性或非改性聚丙烯酸复合而成。
其中，优选，羧甲基纤维素钠粘度为100mPa s-1000mPa s,1000mPa s-2000mPa s,2000mPa s-4000mPa s(12rpm，30s，23±3℃)中的一种，聚丙烯酸浓度为5％-20％，聚环氧乙烷分子量为50,000-200,000,环糊精纯度为99.99％。
本实施例提供粘结剂的两种配方示例：
实施例一
纤维型粘结剂、聚丙烯酸、聚环氧乙烷组合，份数分别为10-20份、50-70份、10-20份，负极片制作如下：
将活性物质石墨和导电剂预先进行干混，而后加入羧甲基纤维素钠胶液进行分散，在充分搅拌均匀后加入适量聚丙烯酸，再搅拌1h-2h，最后加入聚环氧乙烷，形成活性物质浆料，浆料固含量为50％，所用溶剂为去离子水。
其中活性物质石墨的质量分数为95.2％，导电剂为1.5％，羧甲基纤维素钠为0.5％，聚丙烯酸为2.3％，聚环氧乙烷为0.5％。将所得浆料涂布在铜箔正、反两面，然后在80℃干燥，制得石墨极片。
该实施例中，羧甲基纤维素钠粘度为100mPa s-1000mPa s或者1000mPa s-2000mPa s,聚环氧乙烷分子量为50,000-200,000(12rpm，30s，23±3℃)。
实施例二
石墨极片的制备流程与实施例1类似，所不同的是将环糊精替代聚环氧乙烷，石墨比例为95.2％，导电剂为1.5％。所用粘结剂配方为：羧甲基纤维素钠，聚丙烯酸，环糊精，其比例分别为1.0％,1.7％，0.6％。
该实施例中，羧甲基纤维素钠粘度为1000mPa s-2000mPa s,或者2000mPa s-4000mPa s(12rpm，30s，23±3℃)，环糊精纯度为99.99％。
对比例
现有技术，羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、丁苯橡胶的份数通常为10-20份、50份-70份、10-20份。本例石墨极片的制备流程与实施例1类似，所不同的是将丁苯橡胶替代聚环氧乙烷，石墨比例为95.2％，导电剂为1.5％。所用粘结剂配方为：羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶，聚丙烯酸，其比例分别为0.7％,0.6％,2.0％。羧甲基纤维素钠粘度为1000mPa s-2000mPas,或者2000mPa s-4000mPa s(12rpm，30s，23±3℃)。
以上三个示例得到的负极极片剥离强度对比如下：
| 负极极片 | 剥离强度(N/m) |
| 实施例1 | 14 |
| 实施例2 | 13 |
| 对比例1 | 11 |
可以看到实施例一的剥离强度最高，通过简单的配方调整实现了更强的粘度。
以上三个示例的负极表面形貌表征分别如图1-3所示，可以看到在实施例一和实施例二中，导电剂都得到了较好的分散，但是对比例中导电剂的分散效果并不好，实施例一和实施例二的分散性较对比例具有明显的优势。
综上，本方案沿用常规的操作流程，现有的设备，仅通过粘结剂配方的调整，实现了浆料体系的稳定性(高粘接强度)、高分散性，且实现前述特性的同时，不需要额外引入特殊物质，不需要去更换或者改良搅拌装置，不需要复杂的操作流程。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括纤维型粘结剂，聚丙烯酸，以及聚环氧乙烷/环糊精；
所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、聚环氧乙烷的质量份数分别为10-20份、50-70份、10-20份；
或者，所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、环糊精的质量份数分别为20-30份、30-70份、10-20份。
2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述纤维型粘结剂为羧甲基纤维素钠；
所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、环糊精组合中，聚丙烯酸的份数为50-70份。
3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、聚环氧乙烷的质量份数比为5：23：5。
4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述纤维型粘结剂、聚丙烯酸、环糊精的质量份数比为10：17：6。
5.一种浆料，由活性物质、导电剂与粘结剂调配而成，其特征在于，所述的粘结剂为权利要求1-4任意一项所述。
6.根据权利要求5所述的浆料，其特征在于，所述的导电剂为导电碳黑、石墨烯碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种；
活性物质为天然石墨、人造石墨中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的浆料，其特征在于，所述浆料的制备方法如下：
将活性物质和导电剂预先进行干混；
而后加入羧甲基纤维素钠胶液进行分散；
充分搅拌均匀后加入适量聚丙烯酸，再搅拌1h-2h；
最后加入聚环氧乙烷/环糊精，形成活性物质浆料。
8.根据权利要求5所述的浆料，其特征在于，所述浆料的固含量为(50±5)％，制备过程中所用溶剂为去离子水；
其中质量分数分布为，活性物质(95.2-96.5)％，导电剂(1.0-1.5)％，粘结剂(2.0-3.3)％。
9.一种电极片，其特征在于，通过使用权利要求5-8任意一项所述的浆料涂覆在集流体上经过相应的加工工艺制得。
10.根据权利要求9所述的电极片，其特征在于，所述的集流体为铜箔或复合铜箔；
所述的电极片为正极片或负极片。
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| CN117801728A true CN117801728A (zh) | 2024-04-02 |
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ID=90431696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202311853429.0A Pending CN117801728A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 粘结剂及浆料、电极片 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN117801728A (zh) |
-
2023
- 2023-12-29 CN CN202311853429.0A patent/CN117801728A/zh active Pending
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