[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用腐植酸基水系粘結劑及利用該粘結劑制備電極片的方法

有效

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• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107359351B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 韓桂洪;劉炯天;黃艷芳;楊淑珍;范桂俠;張永勝;蘇勝鵬;嚴朕;王文娟;張多;柴文翠;武宏陽
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/1397;H01M4/136;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;張麗

一種鋰離子電池用腐植酸基水系粘結劑及利用該粘結劑制備電極片的方法，屬于鋰離子電池技術領域，其中，鋰離子電池用腐植酸基水系粘結劑由腐植酸、羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酰胺組成，其中，腐植酸的質(zhì)量分數(shù)為60%~95%，羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量分數(shù)為0%~25%，聚丙烯酰胺的質(zhì)量分數(shù)為5%~15%，所述腐植酸的黃腐酸含量不低于80%，聚丙烯酰胺的相對分子質(zhì)量不低于5000000。本發(fā)明首次將腐植酸用于鋰離子電池粘結劑，腐植酸來源廣泛，綠色環(huán)保，能夠降低電池成本，該粘結劑以水為溶劑，無污染。使用過程無毒無害，可明顯降低電池極化作用，提高鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性，提升電池大倍率放電比容量。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池用腐植酸基水系粘結劑及利用該粘結劑制備電極片的方法。

背景技術

當今，鋰離子電池在社會發(fā)展中的作用越來越高。粘結劑作為鋰離子電池中不可或缺的一部分，其在電極的制備和電池性能中有非常重要的作用，鋰離子電池粘結劑雖然是一種電化學惰性的物質(zhì)，但是其在電池內(nèi)部起著至關重要的作用，如促進極片結構穩(wěn)定、提高導電能力、降低正負極材料在充放電過程中的體積收縮膨脹以獲得良好的電池循環(huán)性能。目前，鋰離子電池常用的粘結劑主要是PVDF，其成本高，在電池通常使用條件下易結晶造成電荷阻力增大，存在一定安全隱患，且其使用過程中以有機溶劑如N-甲基吡咯烷酮為分散劑，其對人體毒害性大，對環(huán)境污染嚴重。此外，使用該粘結劑時，電池大倍率放電容量偏低，此缺點嚴重影響了鋰離子電池在新能源汽車等大功率用電設備的使用。因此，開發(fā)性能優(yōu)良，對環(huán)境友好的粘結劑對鋰離子電池的進一步推廣和使用具有重大意義。

水性粘結劑，價格低廉，環(huán)保無污染，安全性高。從羧甲基纖維素與丁苯橡膠乳液混合被公開采用作為鋰離子電池負極材料的水系粘結劑開始，水系粘結劑目前已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展。CMC/SBR的缺點是在使用過程中電解液形成固態(tài)電解質(zhì)膜，阻抗較大，不利于鋰離子的脫嵌，影響了電池的循環(huán)性能，以及大倍率放電性能。開發(fā)新的功能優(yōu)良的鋰離子電池水系粘結劑對鋰離子電池的應用具有重要意義。

國內(nèi)針對鋰離子電池水系粘結劑展開了大量的研究。例如張志靈等在“菇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” (CN104017520A)中，提供了萜烯樹脂基水系粘結劑在鋰離子電池負極或超級電容器中的應用，該粘結劑來源于天然植物，綠色環(huán)保，成本低，應用于鋰離子電池負極或超級電容器，能降低電極的界面阻抗，較大改善材料的高倍率性能以及電池的循環(huán)穩(wěn)定性。在“鋰離子電池用新型殼聚糖及其衍生物水系粘結劑”(CN102760883A)中，提出用價格低廉、綠色環(huán)保的水溶性殼聚糖及其衍生物來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PVDF和CMC，使用該粘結劑，電池的循環(huán)性能得到改善。申津婧等在“一種鋰離子電池用水系粘結劑及使用該粘結劑的鋰離子電池” (CN105449220A)中，提出將改性聚丙烯酸酯應用于鋰離子電池粘結劑，該水系粘結劑不僅具有較好的粘接性，還具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、耐候性、柔韌性等特點。

腐植酸是一種親水性的高分子有機混合物，其來源廣泛，自然界儲存豐富。腐植酸作為聚電解質(zhì)，可以提高分散劑的均勻度，凝聚漿料中各物質(zhì)。腐植酸可與金屬離子絡合影響金屬離子穩(wěn)定性，在水溶液膠體表面形成保護膜增加膠體穩(wěn)定性。作為鋰離子電池粘結劑，腐植酸來源廣泛，綠色環(huán)保，能夠降低電池成本，減小電池內(nèi)阻，提高電池循環(huán)比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，對推動鋰離子電池的應用和發(fā)展具有重要實際意義。但國內(nèi)尚無對腐植酸作為鋰離子電池粘結劑的報道。

發(fā)明內(nèi)容