[發明專利]水系復合粘結劑、負極漿料及其制備方法、負極片、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用

在審

• 申請號: 201911034177.2
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN112736247A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 何娜;李進;焦一峰;李根;徐嶠;梅驁
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/133;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 上海波拓知識產權代理有限公司 31264
• 代理人: 孫燕娟

本發明公開了一種水系復合粘結劑、負極漿料及制備方法、負極片、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用，水系復合粘結劑包括聚合物A以及聚合物粒子B，聚合物A可溶于水，且具有線形結構，為主粘結劑；聚合物粒子B以膠體形式穩定分散于水中，為輔粘結劑。聚合物A為線形聚合物粘結劑，聚合物粒子B為點型聚合物粘結劑，混合點型和線形兩種聚合物粘結劑，利用點型聚合物粘結劑保障粘結劑與負極顆粒以及負極顆粒之間的緊密接觸，再利用線形聚合物粘結劑的架橋/纏結多維空間結構抑制負極材料充放電過程中的體積膨脹，同時點型聚合物粘結劑的彈性與線形聚合物粘結劑的剛性使得極片“剛柔并濟”，通過兩者間的協同作用實現硅基負極電化學性能的提升。

技術領域

本發明涉及儲能裝置領域，尤其涉及一種水系復合粘結劑、負極漿料及其制備方法、負極片、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用。

背景技術

近年來，鋰離子電芯已經廣泛應用于新能源汽車領域，隨著新能源汽車產業的發展，對鋰離子電芯的各項性能，尤其是能量密度，也提出了越來越高的要求。當前，各種提升鋰離子電芯能量密度的技術手段中，負極使用硅系材料正成為產業界研究最為廣泛的方法。使用硅體系作為負極活性材料可以大幅提升鋰離子電芯的能量密度，例如，在石墨負極中添加大約10％左右的硅碳材料，即可將負極活性材料的放電克容量由350mAh/g提升至約500mAh/g。

為了在2020年達到300Wh/kg的電池設計與性能目標，選用含硅負極的鋰離子電芯化學體系幾乎是必然選擇。硅基負極材料比容量高，但其在充放電過程中，巨大、反復的體積膨脹與收縮，從而導致的電極穩定性差，極片開裂，活性物質易粉化，材料顆粒破碎并持續生成SEI膜，進而電池循環性能大大惡化，是當前急需解決的問題。

現有的大部分量產鋰電池的負極，負極配方主要使用的粘結劑為約2-3wt％的SBR乳液，同時配合少量增稠劑CMC(約1wt％)，而這種設計對高硅含量負極的匹配性并不好，其粘結效果不理想，不能夠適應硅材料在充放電過程中巨大、反復的體積膨脹與收縮，容易造成電極材料的粉化剝落進而循環性能迅速惡化。

為此，公開號為108063255A的專利公開了一種改性聚丙烯酸型負極粘結劑，合成方法為：S1、將聚丙烯酸溶液與丙烯酸酯類單體混合攪拌后進行輻照，得到輻照產物；S2、將輻照產物與己烷混合，洗滌后得到改性聚丙烯酸；通過此聚合物粘結劑從而提高負極材料的循環性能。又如，公開號為108183235A的專利公開了一種改性丁苯橡膠負極粘結劑，合成方法為：S1、將丁苯橡膠與丙烯酸混合攪拌后進行輻照，得到輻照產物；S2、將輻照產物與氫氧化鈉混合攪拌，洗滌后得到改性丁苯橡膠；通過此聚合物粘結劑從而提高負極材料的循環性能和鋰離子電芯的首次庫倫效率。但是，單一聚合物粘結劑自身或與活性材料之間接觸點不夠多，結合不夠充分/緊密。且單一聚合物粘結劑的漿料加工性較難控制，制作出來的極片耐輥壓性能也不理想。

因此，有必要提供一種適用于硅基負極的水系復合粘結劑以克服上述缺陷。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種水系復合粘結劑，該水系復合粘結劑的粘結強度高，制備的鋰離子電芯的電極材料不易發生粉化剝落、循環性能好、充放電循環膨脹小。

本發明的第二目的在于提供一種負極漿料及其制備方法，該負極漿料的粘結強度高，制備的鋰離子電芯的電極材料不易發生粉化剝落、循環性能好、充放電循環膨脹小。

本發明的第三目的在于提供一種負極片，該負極片的粘結強度高，制備的鋰離子電芯的電極材料不易發生粉化剝落、循環性能好、充放電循環膨脹小。

本發明的第四目的在于提供一種鋰離子電芯，該鋰離子電芯的電極材料不易發生粉化剝落、循環性能好、充放電循環膨脹小。

本發明的第五目的在于提供一種鋰離子電池包，該鋰離子電池包的電極材料不易發生粉化剝落、循環性能好、充放電循環膨脹小。