[發明專利]一種鋰離子電池負極用水系導電粘合劑的制備方法

有效

• 申請號: 201811224528.1
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109411758B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 岳樹偉;李士成;岳風樹;孟慶海;李金熠;郭玉國
• 申請（專利權）人: 深圳市優寶新材料科技有限公司;中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京領科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11690
• 代理人: 艾變開

本發明涉及一種鋰離子電池負極用水系導電粘合劑的制備方法，該方法得到的水系導電粘合劑，具有較好的導電性和柔韌性，能夠適應鋰離子電池負極制備時對于導電性的要求，以及抑制在電池充放電過程中活性材料體積變化造成的粉化現象。這種水系導電粘合劑是由羧基化碳材料與含有羥基官能團的聚合物和纖維素納米纖維混合均勻后，在真空加熱條件下反應得到。水系導電粘合劑由于引入了碳材料，因此具有一定的電子電導性，從而顯著提高了粘合劑的導電性，并且由于親水基團的存在，使粘合劑與硅等負極之間形成強氫鍵作用，從而能夠抑制充放電過程中膨脹引發的粉化。采用本發明水性導電粘合劑制備而成的鋰離子電池具有能量密度高，循環使用壽命長等特點。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極用水系導電粘合劑的制備方法，屬于鋰離子電池制備領域。

背景技術：

自1991年索尼公司首先將鋰離子電池成功商業化以來，近幾十年來鋰離子電池得到了極大的發展，并廣泛地應用于各種移動電子設備中，如航空航天、軍事、電動汽車等大型儲電系統中及手機、電腦等便攜式電子產品能量供給。隨著電子設備的快速發展，對能量供給設備的要求也越來越高，電動汽車正需求具有更高能量密度、更持久使用壽命的電池來滿足其對續航里程的要求；而目前的電子產品也逐步向輕量化、小型化方向發展，這也要求電池具有更大容量和能量。鋰離子電池由正極、負極、隔膜、電解液和封裝材料構成。其中負極材料作為鋰電池的關鍵材料之一，其性能直接決定了鋰電池容量和循環壽命等，在整個鋰電池中成本比重在5-10％左右。負極制備過程是將負極活性材料與導電劑和粘合劑混合打漿，后涂覆于銅集流體上干燥制得。目前傳統是石墨負極容量發揮已經接近極限，難以滿足目前應用領域對于電池能量密度的要求，因此如硅基材料、錫基材料、合金材料和金屬鋰等具有更高容量的新型負極得到了更多的關注，其中硅基材料被認為是將最先實現應用的負極材料，已經實現了商業應用。由于硅基材料在充放電過程中表現出較大的體積變化，因此一般使用含羥基等親水基團的水系粘合劑，利用強氫鍵作用來抑制硅基材料由于體積變化而造成的粉化問題，但是傳統的水系粘合劑不具有導電性，因此在制備電極時需要額外加入導電劑，這在一定程度上降低了電池的能量密度。

為了解決以上問題，研究人員也通過使用導電聚合物制備出了導電聚合物粘合劑(CN201480050937.8)，并且應用于傳感器和防腐領域，但是這種粘合劑并非水系，很難應用到鋰離子電池負極中；另外CN201080033669.0也報道了一種含羧酸基團的芴/芴酮共聚物用于鋰離子電池電極的導電性聚合物粘合劑。由于導電聚合物的導電性相比于碳材料等還有很大差距，雖然引入了這種導電聚合物粘合劑，但是在電極制備過程中還是要加入較多的導電添加劑提高電極的電子電導性。CN105489898A公開了一種導電水性粘結劑，包括石墨烯、碳納米管、交聯聚合物以及多價金屬離子水溶性鹽溶液，其中，石墨烯與碳納米管分別于交聯聚合物通過化學鍵鍵合形成三維導電網格結構，交聯聚合物與多價金屬離子水溶性鹽溶液交聯形成三維粘結網絡結構。雖然該體系為水性體系，但是引入的金屬離子在實際使用過程中容易從交聯網絡中遷出到粘結劑表面，造成負極性能不穩定。

發明內容

本發明針對以上粘合劑不導電、導電性差，以及由于電極制備過程中加入導電添加劑降低電池能量密度的問題，提供了一種鋰離子電池負極用水系導電粘合劑的制備方法。水系導電粘合劑由于引入了碳材料，因此具有一定的電子電導性，從而顯著提高了粘合劑的導電性，并且由于親水基團的存在，使粘合劑與硅等負極之間形成強氫鍵作用，從而能夠抑制充放電過程中膨脹引發的粉化。應用于負極時，可以有效減少打漿過程中導電添加劑的用量，從而提高了組裝電池的能量密度；此外由于抑制了充放電過程硅基材料等的膨脹問題，從而顯著提高了電池的容量、充放電效率以及電池的使用壽命。

本發明采用一下技術方案：

一種鋰離子電池負極用水系導電粘合劑的制備方法，其具體制備過程如下：

(1)將羧基化碳材料充分干燥后進行球磨，至顆粒尺寸在0.1-100微米；