[發明專利]萜烯樹脂基水系粘結劑及其在鋰離子電池負極或超級電容器中的應用

有效

• 申請號: 201410229082.7
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104017520A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 張靈志;仲皓想;唐道平
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C09J145/00
• 分類號: C09J145/00;C09J101/26;H01M4/62;H01M4/04;H01G11/30;H01G11/38;H01G11/86
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;宋靜娜

技術領域

本發明屬于電化學和新能源材料領域，公開了萜烯樹脂基水系粘結劑及其在鋰離子電池負極或超級電容器中的應用。

背景技術

在電池或超級電容器制造過程中，均需使用粘結劑將電極活性物質粘結加工。傳統的有機溶劑型粘結劑聚偏氟乙烯(PVDF)，易吸收電解液而發生溶脹，導致粘結性能下降，不能有效的抑制顆粒在充放電過程中體積的變化。另外，PVDF所利用的有機溶劑雖然具有分散性好的特點，但易揮發、易燃易爆、且毒性大，嚴重污染大氣環境。與有機溶劑型粘合劑相比，水性粘結劑具有無溶劑釋放，符合環境要求，成本低，不燃，使用安全等特點，成為鋰離子電池粘結劑的重要發展方向。

自從JP5-74461公開采用羧甲基纖維素(CMC)與丁苯橡膠乳液(SBR)混合作為鋰離子電池負極材料的水系粘結劑，水系粘結劑目前已經得到了迅速的發展，CMC/SBR水性粘結劑在鋰離子電池石墨負極已經商業應用。然而，石墨負極使用CMC/SBR水性粘結劑的商業鋰離子電池中，電解液形成固態電解質膜(Solid?Electrolyte?Interface)阻抗較大，不利于鋰離子的脫嵌，影響電池的長期循環性能以及電池的高倍率性能(J.Power?Sources,147,249(2005))。最近，US20120088155A1公開了海藻酸鹽作為鋰離子電池負極材料(主要是硅基負極材料)的水性粘結劑，能顯著改善電池的循環穩定性和倍率性能。

萜烯樹脂是一系列萜類化合物的總稱，是分子式為異戊二烯整數倍的烯烴類化合物。萜烯是一類廣泛存在于植物體內的天然來源碳氫化合物，可從許多植物，特別是針葉樹得到。除了在植物中大量存在萜類化合物外，在海洋生物體內也提取出了大量的萜類化合物。萜烯樹脂具有低氣味、無毒、不結晶、耐稀酸稀堿、耐熱、耐光、抗老化、粘接力強、高附著力、熱穩定性好，相容性和溶解性好等諸多優點。

本發明萜烯樹脂基水系粘結劑應用于鋰離子電池負極或超級電容器中，能顯著提高其高倍率性能和循環穩定性，與目前商業鋰離子電池負極水性SBR/CMC粘結劑體系比較，萜烯樹脂原料來源廣泛，綠色環保，成本低廉。研究開發新型的水系粘結劑，對解決極板漿料的分散性，推動鋰離子電池和超級電容器電極板制備的綠色工藝發展，降低生產成本，以及推動電動汽車和新能源產業的發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供萜烯樹脂基水系粘結劑及其在鋰離子電池負極或超級電容器中的應用。本發明的另一目的在于提供采用所述萜烯樹脂基水系粘結劑的鋰離子電池或超級電容器電極片及其制備方法；最后，本發明還提供了含有所述鋰離子電池負極或超級電容器電極片的鋰離子電池或超級電容器。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：萜烯樹脂基水系粘結劑，包含萜烯樹脂乳液和羧甲基纖維素，所述萜烯樹脂基水系粘結劑用于鋰離子電池負極或超級電容器電極片。所述萜烯樹脂乳液為萜烯樹脂和高分子表面活性劑乳化而成，本發明所用萜烯樹脂乳液可直接購買于市場。

作為本發明所述萜烯樹脂基水系粘結劑的優選實施方式，其中萜烯樹脂與羧甲基纖維素的質量比為100:1～1:100。

作為本發明所述萜烯樹脂基水系粘結劑的優選實施方式，所述萜烯樹脂乳液中萜烯樹脂的質量濃度為55％。所述的萜烯樹脂乳液為粘結劑，所述的羧甲基纖維素作為增稠劑。所述的萜烯樹脂乳液的粘度為4000-5000mPa·s。

所述的萜烯樹脂基水系粘結劑，適用于作為鋰離子電池負極或超級電容器用粘結劑，尤其適用于石墨、活性炭碳材料、硅以及鈦酸鋰等。

如上所述萜烯樹脂基水系粘結劑在鋰離子電池負極或超級電容器電極片中的用途。

本發明還提供了鋰離子電池負極或超級電容器電極片，所述鋰離子電池負極或超級電容器電極片采用如上所述萜烯樹脂基水系粘結劑作為粘結劑，且所述鋰離子電池負極或超級電容器電極片中活性材料、導電劑和萜烯樹脂基水系粘結劑中萜烯樹脂與羧甲基纖維素質量比為活性材料：導電劑：(萜烯樹脂+羧甲基纖維素)＝70～95:1～20:4～10。

作為本發明所述鋰離子電池負極或超級電容器電極片的優選實施方式，所述活性材料為石墨、活性炭、硅或鈦酸鋰；所述導電劑為乙炔黑。

本發明還提供了如上所述鋰離子電池負極或超級電容器電極片的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將活性材料和導電劑混合攪拌至均勻分散；

(2)將萜烯樹脂基水系粘結劑中的羧甲基纖維素加入去離子水制成羧甲基纖維素水溶液，然后將制得的羧甲基纖維素水溶液加入到步驟(1)的混合物中，攪拌均勻；