[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑及其制備方法、鋰離子電池電極極片及制備方法和鋰離子電池

有效

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• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN107369835B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志勇;夏圣安;王平華
• 申請（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑，包括石墨烯以及接枝在所述石墨烯表面的第一粘結(jié)劑，所述第一粘結(jié)劑包括聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、聚乙二醇、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、六氟丙烯聚合物、苯乙烯?丁二烯橡膠、海藻酸鈉、淀粉、環(huán)糊精和多聚糖中的至少一種。該鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑兼具良好的導(dǎo)電性能和粘結(jié)性能，且具有一定的強(qiáng)度可增強(qiáng)電極極片整體的力學(xué)強(qiáng)度，該導(dǎo)電粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)了粘結(jié)劑與導(dǎo)電劑合二為一，因此可提高極片活性物質(zhì)的含量，進(jìn)一步提升電芯能量密度。本發(fā)明還提供了該導(dǎo)電粘結(jié)劑的制備方法，以及包含該導(dǎo)電粘結(jié)劑的電極極片和鋰離子電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑及其制備方法、鋰離子電池電極極片及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于具有能量密度較高、循環(huán)壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車、儲能電器等領(lǐng)域。

現(xiàn)有鋰離子電池制備工藝，是將活性物質(zhì)(正極或負(fù)極活性材料)粉末，與導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑在溶劑中分散成漿料后，再涂布在集流體(如銅箔和鋁箔)上形成極片，最后組裝成完整的電芯。然而現(xiàn)有商品化導(dǎo)電劑多以微米甚至納米顆粒形式存在，在漿料攪拌過程中不易分散，因此實(shí)踐中往往需要加入過量的導(dǎo)電劑；這不僅降低了電芯能量密度，且過量的導(dǎo)電劑還會顯著降低電芯的首次效率。而為使導(dǎo)電劑在溶劑中盡量分散，也需要向漿料中加入足量的粘結(jié)劑/分散劑，這樣又會降低該漿料制備的極片的導(dǎo)電性，增大電芯內(nèi)阻。

此外，隨著手機(jī)等便攜式電子設(shè)備的功耗逐年增大，市場對高能量密度鋰離子電池的需求也越來越迫切。而顯著提升鋰離子電池能量密度的技術(shù)方案之一，就是將現(xiàn)有的石墨負(fù)極材料替換為硅等合金材料。然而，硅材料在循環(huán)過程中會發(fā)生顯著的體積膨脹(300％)，造成硅顆粒的粉化并從集流體脫落，從而導(dǎo)致電芯的循環(huán)性能迅速衰減。目前業(yè)內(nèi)的解決方案包括采用帶有羧基、羥基等能與硅表面的硅氧鍵結(jié)合的高分子化合物做粘結(jié)劑，包覆在硅顆粒表面，束縛單個硅顆粒的粉化碎裂。然而，現(xiàn)有解決方案僅是對傳統(tǒng)粘結(jié)劑的改善，仍需加入炭黑等導(dǎo)電劑；此外，粘結(jié)劑分子由于尺寸較小(納米級)，其缺乏微米尺度的剛性支撐，因此在硅顆粒體積膨脹產(chǎn)生巨大應(yīng)力的作用下，納米尺寸的粘結(jié)劑分子無法束縛微米尺度的硅顆粒整體的粉化碎裂，因此硅負(fù)極粉化后粘結(jié)劑將失去粘結(jié)效果，最終導(dǎo)致電芯的循環(huán)性能迅速衰減。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明第一方面提供了一種鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑，其兼具良好的導(dǎo)電性能和粘結(jié)性能，且具有一定的強(qiáng)度，以解決現(xiàn)有鋰離子電池需同時使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，導(dǎo)致電芯內(nèi)阻增大，電芯能量密度和首次效率降低的問題；以及現(xiàn)有粘結(jié)劑分子無法束縛微米尺度的硅顆粒整體的粉化碎裂，從而導(dǎo)致硅負(fù)極粉化后粘結(jié)劑失效，最終導(dǎo)致電芯的循環(huán)性能迅速衰減的問題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑，包括石墨烯以及接枝在所述石墨烯表面的第一粘結(jié)劑，所述第一粘結(jié)劑包括聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙二醇(PEG)、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚偏氟乙烯(PVdF)、六氟丙烯聚合物、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、海藻酸鈉、淀粉、環(huán)糊精和多聚糖中的至少一種。

在本發(fā)明第一方面中，當(dāng)所述第一粘結(jié)劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、聚乙二醇、海藻酸鈉、淀粉、環(huán)糊精和多聚糖中的至少一種時，所述鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑進(jìn)一步包括接枝在所述石墨烯表面的第二粘結(jié)劑，所述第二粘結(jié)劑通過化學(xué)鍵與所述第一粘結(jié)劑連接，所述第二粘結(jié)劑為聚丙烯酸(PAA)和聚酰亞胺(PI)中的至少一種。

在本發(fā)明第一方面中，所述第一粘結(jié)劑和所述第二粘結(jié)劑中的羧基均為堿金屬化羧基。

在本發(fā)明第一方面中，所述石墨烯粒子厚度為0.35-50nm，D50粒徑為50-5000nm。

在本發(fā)明第一方面中，所述石墨烯占所述鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑總質(zhì)量的0.1-10％。