一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法、锂离子电池电极极片及制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池用导电粘结剂，包括石墨烯以及接枝在所述石墨烯表面的第一粘结剂，所述第一粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、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‑丁二烯橡胶、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种。该锂离子电池用导电粘结剂兼具良好的导电性能和粘结性能，且具有一定的强度可增强电极极片整体的力学强度，该导电粘结剂实现了粘结剂与导电剂合二为一，因此可提高极片活性物质的含量，进一步提升电芯能量密度。本发明专利技术还提供了该导电粘结剂的制备方法，以及包含该导电粘结剂的电极极片和锂离子电池。

Conductive binder for lithium ion battery, preparation method thereof, electrode pole piece of lithium ion battery, preparation method and lithium ion battery

The present invention provides a conductive adhesive with a lithium ion battery, including graphene and grafted on the surface of graphene first binder, the first binder includes polyvinyl alcohol, sodium carboxymethyl cellulose, polyethylene glycol, poly lactic acid, poly methyl methacrylate, styrene polymer, poly vinylidene fluoride, hexafluoropropene polymer, six styrene butadiene rubber sodium alginate, starch, chitosan, cyclodextrin and at least one. With a conductive adhesive both good conductive properties and bonding properties of the lithium ion battery, and has a certain strength can enhance the mechanical strength of the whole electrode substrate, the conductive adhesive binder and conductive agent can be made one, so it can improve the content of electrode active material, to further enhance the energy density of batteries. The invention also provides the preparation method of the conductive adhesive, and the electrode pole containing the conductive adhesive and the lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法、锂离子电池电极极片及制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法、锂离子电池电极极片及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量密度较高、循环寿命长、免维护等优点，目前已广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、储能电器等领域。现有锂离子电池制备工艺，是将活性物质(正极或负极活性材料)粉末，与导电剂及粘结剂在溶剂中分散成浆料后，再涂布在集流体(如铜箔和铝箔)上形成极片，最后组装成完整的电芯。然而现有商品化导电剂多以微米甚至纳米颗粒形式存在，在浆料搅拌过程中不易分散，因此实践中往往需要加入过量的导电剂；这不仅降低了电芯能量密度，且过量的导电剂还会显著降低电芯的首次效率。而为使导电剂在溶剂中尽量分散，也需要向浆料中加入足量的粘结剂/分散剂，这样又会降低该浆料制备的极片的导电性，增大电芯内阻。此外，随着手机等便携式电子设备的功耗逐年增大，市场对高能量密度锂离子电池的需求也越来越迫切。而显著提升锂离子电池能量密度的技术方案之一，就是将现有的石墨负极材料替换为硅等合金材料。然而，硅材料在循环过程中会发生显著的体积膨胀(>300％)，造成硅颗粒的粉化并从集流体脱落，从而导致电芯的循环性能迅速衰减。目前业内的解决方案包括采用带有羧基、羟基等能与硅表面的硅氧键结合的高分子化合物做粘结剂，包覆在硅颗粒表面，束缚单个硅颗粒的粉化碎裂。然而，现有解决方案仅是对传统粘结剂的改善，仍需加入炭黑等导电剂；此外，粘结剂分子由于尺寸较小(纳米级)，其缺乏微米尺度的刚性支撑，因此在硅颗粒体积膨胀产生巨大应力的作用下，纳米尺寸的粘结剂分子无法束缚微米尺度的硅颗粒整体的粉化碎裂，因此硅负极粉化后粘结剂将失去粘结效果，最终导致电芯的循环性能迅速衰减。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种锂离子电池用导电粘结剂，其兼具良好的导电性能和粘结性能，且具有一定的强度，以解决现有锂离子电池需同时使用粘结剂和导电剂，导致电芯内阻增大，电芯能量密度和首次效率降低的问题；以及现有粘结剂分子无法束缚微米尺度的硅颗粒整体的粉化碎裂，从而导致硅负极粉化后粘结剂失效，最终导致电芯的循环性能迅速衰减的问题。第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池用导电粘结剂，包括石墨烯以及接枝在所述石墨烯表面的第一粘结剂，所述第一粘结剂包括聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(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-丁二烯橡胶(SBR)、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种。在本专利技术第一方面中，当所述第一粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种时，所述锂离子电池用导电粘结剂进一步包括接枝在所述石墨烯表面的第二粘结剂，所述第二粘结剂通过化学键与所述第一粘结剂连接，所述第二粘结剂为聚丙烯酸(PAA)和聚酰亚胺(PI)中的至少一种。在本专利技术第一方面中，所述第一粘结剂和所述第二粘结剂中的羧基均为碱金属化羧基。在本专利技术第一方面中，所述石墨烯粒子厚度为0.35-50nm，D50粒径为50-5000nm。在本专利技术第一方面中，所述石墨烯占所述锂离子电池用导电粘结剂总质量的0.1-10％。在本专利技术第一方面中，所述第一粘结剂占所述第一粘结剂和所述第二粘结剂总质量的20-50％。本专利技术第一方面提供的一种锂离子电池用导电粘结剂，兼具良好的导电性能和粘结性能，且具有一定的强度，因此该导电粘结剂不但能提高电极极片导电性，而且在低添加量下，能实现更好的与活性物质(例如钴酸锂、石墨、硅等)结合的效果，可大大降低电芯内阻，并能有效抑制活性物质的粉化；此外，该导电粘结剂实现粘结剂与导电剂合二为一，从而可提高极片活性物质的含量，进一步提升电芯能量密度。第二方面，本专利技术提供了一种上述的锂离子电池用导电粘结剂的制备方法，包括以下步骤：取石墨烯进行氧化处理后得到氧化石墨烯；取第一粘结剂，通过缩合反应使所述第一粘结剂接枝到所述氧化石墨烯表面；或取第一粘结剂的单体，通过原子转移自由基聚合反应使所述第一粘结剂的单体聚合接枝到所述氧化石墨烯表面，得到第一粘结剂接枝改性的石墨烯，即得到所述锂离子电池用导电粘结剂；所述第一粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、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-丁二烯橡胶、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种。在本专利技术第二方面中，当所述第一粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种时，进一步包括在得到所述第一粘结剂接枝改性的石墨烯后，取第二粘结剂的单体，在引发剂的作用下，使所述第二粘结剂的单体原位聚合接枝到所述第一粘结剂接枝改性的石墨烯上，所述第二粘结剂通过化学键与所述第一粘结剂连接，得到所述锂离子电池用导电粘结剂；所述第二粘结剂为聚丙烯酸和聚酰亚胺中的至少一种。在本专利技术第二方面中，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸碱金属盐、偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰(BPO)、偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二氰基戊酸(ACVA)、偶氮二异丙基咪唑啉(AIP)中的至少一种。在本专利技术第二方面中，当所述第一粘结剂包括聚乳酸时，或当所述第二粘结剂包括聚丙烯酸时，进一步包括采用碱金属氢氧化物水溶液将所述聚乳酸或聚丙烯酸中的羧基进行碱金属化处理。本专利技术第二方面提供的锂离子电池用导电粘结剂的制备方法，工艺简单可行，成本低廉。第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池电极极片，包括集流体，以及涂覆在所述集流体上的电极活性材料和本专利技术上述第一方面所述的锂离子电池用导电粘结剂。该锂离子电池电极极片中，所述锂离子电池用导电粘结剂占所述电极活性材料与所述锂离子电池用导电粘结剂总质量的0.5-10％。本专利技术第三方面提供的锂离子电池电极极片具有良好的导电性，同时具有较强的力学性能，且活性物质含量较高，在集流体表面粘结力强。第四方面，本专利技术提供了一种锂离子电池电极极片的制备方法，包括以下步骤：取集流体，将电极活性材料和本专利技术上述第一方面所述的锂离子电池用导电粘结剂加入到溶剂中，混合均匀，得到浆料，将所述浆料涂敷在所述集流体上，于90-120℃烘干后压制，得到锂离子电池电极极片。第五方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包含本专利技术上述第一方面所述的锂离子电池用导电粘结剂。该锂离子电池具有较高的能量密度和良好的循环性能。本专利技术的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本专利技术实施例的实施而获知。附图说明图1为本专利技术一实施方式中锂离子电池用导电粘结剂的结构示意图；图2为本专利技术另一实施方式中锂离子电池用导电粘结剂的结构示意图；图3为本专利技术实施例锂离子电池用导电粘结剂抑制硅颗粒粉化膨胀的效果示意图；图4为本专利技术实施例一中锂离子电池用导电粘结剂的合成流程图。具体实施方式以下所述是本专利技术实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用导电粘结剂，其特征在于，包括石墨烯以及接枝在所述石墨烯表面的第一粘结剂，所述第一粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、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‑丁二烯橡胶、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用导电粘结剂，其特征在于，包括石墨烯以及接枝在所述石墨烯表面的第一粘结剂，所述第一粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、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-丁二烯橡胶、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种。2.如权利要求1所述的锂离子电池用导电粘结剂，其特征在于，当所述第一粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇、海藻酸钠、淀粉、环糊精和多聚糖中的至少一种时，所述锂离子电池用导电粘结剂进一步包括接枝在所述石墨烯表面的第二粘结剂，所述第二粘结剂通过化学键与所述第一粘结剂连接，所述第二粘结剂为聚丙烯酸和聚酰亚胺中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的锂离子电池用导电粘结剂，其特征在于，所述第一粘结剂和所述第二粘结剂中的羧基均为碱金属化羧基。4.如权利要求1所述的锂离子电池用导电粘结剂，其特征在于，所述石墨烯粒子厚度为0.35-50nm，D50粒径为50-5000nm。5.如权利要求1所述的锂离子电池用导电粘结剂，其特征在于，所述石墨烯占所述锂离子电池用导电粘结剂总质量的0.1-10％。6.如权利要求2所述的锂离子电池用导电粘结剂，其特征在于，所述第一粘结剂占所述第一粘结剂和所述第二粘结剂总质量的20-50％。7.一种锂离子电池用导电粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取石墨烯进行氧化处理后得到氧化石墨烯；取第一粘结剂，通过缩合反应使所述第一粘结剂接枝到所述氧化石墨烯表面；或取第一粘结剂的单体，通过原子转移自由基聚合反应使所述第一粘结剂的单体聚合接枝到所述氧化石墨烯表面，得到第一粘结剂接枝改性的石墨烯，即得到所述锂离子电池用导电粘结剂；所述第一粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志勇，夏圣安，王平华，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44