[發明專利]能提高電池倍率性能的粘接劑的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010946511.8
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112029452B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 李娟;馬艷;唐姚;莊衛東;孫延先
• 申請（專利權）人: 華鼎國聯四川電池材料有限公司
• 主分類號: C09J151/00
• 分類號: C09J151/00;C09J11/06;C08F265/02;C08F212/08;C08F212/14;C08F259/08;C08F220/06;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 涂華明

本發明屬于電池材料技術領域，尤其涉及能提高電池倍率性能的粘結劑的制備方法及其應用。本發明所提供的一種鋰離子電池的粘結劑，主要是以含電子導電基團的物質、含離子導電基團的物質及含摻雜基團的物質等為主要原料通過聚合反應所獲得的，可降低電子和離子遷移能壘，減小極化和內阻，提高電池倍率性能；電子離域基團可與集流體形成強的雙電層結構，此外粘接劑主體基團中大分子聚合物可以改善分子間、分子與活性材料、導電劑之間的粘結力，小分子聚合物具有低的Tg，能有效浸潤、粘附在集流體上，改善電池循環性能；粘結劑本征導電性及粘結力的提升可以減少導電劑和粘結劑用量，提高鋰電池整體容量。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，尤其涉及能提高電池倍率性能的粘結劑的制備方法及其應用。

背景技術

鋰離子電池由于其高能量密度，已經在新能源中扮演著越來越重要的角色，鋰離子電池的能量密度超過150WhKg^-1，幾乎上是所有已知的二次電池中能量密度最高的。為了進一步提高鋰離子電池的性能，研究者試著尋找新的電極材料、電解質以及添加劑，然而鋰離子電池的效率很大程度上依賴于電極制備條件的優化，其中一個很重要的方面就是找到所用電極最合適的粘結劑。粘結劑是鋰電池正負極材料中非常重要的組成部分，它可以將電極材料中的活性材料，導電劑以及集流體緊密的粘結起來，增強活性材料與導電劑以及活性材料與集流體之間的電子接觸，更好的穩定極片的結構。

目前，商業化的鋰離子電池普遍采用聚偏氟乙烯(PVDF)作為鋰離子電池的正極粘結劑，這是因為PVDF具有較好的電化學穩定性，對電極材料和集流體具有較高的粘結力。但是，隨著市場對鋰電池高能量密度和高倍率性能等的需求，急需開發一種新型粘結劑。

關于從粘結劑改進出發以提高電池性能倍率，以下專利文獻作過披露：

CN107230772A提供了一種高鎳三元材料復合粘結劑，包含重量百分比為20％～35％懸浮聚合的聚偏氟乙烯PVDF和65％～80％乳液聚合的PVDF。同時，該發明還公開了一種包含高鎳三元材料用復合粘結劑的正極漿料及相應的制備方法，其可以有效解決NCA顆粒粒徑分布較寬、易吸水等缺點，最大限度降低氧化鎳鈷鋁NCA材料易吸水造成的不良影響，顯著提升最終制備獲得的正極極片的整體性能，有利于提高電池生產廠家產品的市場應用前景，推進廣泛地生產應用，具有重大的生產實踐意義。

上述專利文獻中披露的粘結劑含有大量的F元素，所制高堿性三元正極漿料易發生化學凝膠現象，進而影響漿料加工性能和電池電化學性能。

CN104752729B專利公開了一種具有電子及離子導電性共性的鋰離子電池用水性復合粘結劑的制備方法，由柔韌劑、離子型粘結劑、水溶性聚合物共混形成聚合物基體，其中離子型粘結劑提供鋰源，且聚合物基體可以傳導鋰離子；將導電劑分散在聚合物基體中形成復合型導電聚合物，填料在聚合體系中形成導電網絡。本發明制備的水性復合粘結劑既是電子導體，也是離子導體，可以有效增加正極片中鋰離子的含量，提高電池的循環穩定性。該制備方法包括以下步驟：(1)將柔韌劑溶解于水中；⑵往上述溶液中加入水溶性聚合物，攪拌至溶解；⑶然后向步驟⑵的溶液中加入離子型粘結劑，攪拌至完全溶解，得到聚合物基體；⑷向上述聚合物基體中加入導電劑，分散均勻；其中，所述的柔韌劑為部分水解聚丙烯酰胺，其重量百分比為所述的水溶性聚合物為聚乙烯醇，其重量百分比為所述的離子型粘結劑為羧甲基纖維素鋰，其重量百分比為所述的導電劑為選自乙炔黑、石墨、石墨烯、碳納米管中的任意一種或幾種，其重量百分比為

上述方法中電極主要利用各類導電劑來提供電子移動通道。導電劑占比較大，一定程度上會降低活性主材的含量，影響整體電池的容量。

因此，需要針對上述的專利文獻中所提供方法的不足，進行改進，發明一種能顯著提高電池倍率且不影響電池容量和電池電化學性能的粘結劑。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種可以明顯改善電池倍率性能和循環性能、提高鋰電池容量的鋰離子電池的粘結劑的制備方法；