本发明专利技术涉及一种用于制备锂离子电池的复合水溶性粘结剂，包括以下按重量百分比计的组分：非晶态聚氧化乙烯水溶性粘接剂10～40%、凝胶型水溶性粘结剂60～90%。本发明专利技术的复合水溶性粘结剂中的非晶态聚氧化乙烯分子链具有高度柔顺性，改善了极片的柔韧性，因此可减少电极制造过程中出现掉料、龟裂、卷边和爆边等缺陷，有利于规模化生产；凝胶型水溶性粘结剂具有良好的粘结性和稳定性，改善电池在充放电过程中活性物质和导电剂、活性物质和集流体之间的接触，降低了电池的内阻。因此采用本发明专利技术的复合水溶性粘结剂、含有该粘结剂的正极以及采用含有复合水溶性粘结剂正极的锂离子电池具有高容量和长寿命的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池领域的水溶性粘结剂，特别涉及一种用于制备锂离子电池的复合水溶性粘结剂。
技术介绍
与其它化学电源相比，锂离子二次电池具有许多优异的性能，如能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等，经过近二十年的飞速发展，已广泛的应用在移动电话、笔记本电脑、数码相机等领域。近年随着电动汽车的发展，迫切需要更高能量密度和更高功率密度的车载动力电源，锂离子电池是公认的最有潜力应用于电动汽车的化学电源。提高化学电池的能量密度和功率密度有两种方法，一是采用高比能的活性材料；二是通过改进工艺而提高电池中的活性物质的含量。锂离子电池的制造工艺中必须使用合适的粘结剂来完成电极的制备，粘结剂在电池中主要是将活性物质与电极集流体互相粘合在一起。目前，锂离子电池正极大都采用聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，用强极性的有机化合物如N-二甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等作为PVDF的溶剂，即采用有机系涂布制片。该体系涂布制片时采用的有机溶剂昂贵且具有腐蚀性，使用量大且难以回收，生产成本大；而且涂布制片过程需要将有机溶剂加热挥发除去，为防止腐蚀性有机溶剂任意挥发污染环境，必须加装大量环保设备，同样增加生产成本且不利于生产操作；更不利的是在有机系中，PVDF 粘结剂用量较大，过多的粘结剂组分不仅降低电池的比容量，而且影响极片涂布的顺畅性和烘烤特性，另外大量的粘结剂包覆在活性颗粒的表面，将增加颗粒的接触阻抗，增大电池充放电的极化，因此严重制约电池比功率的提升，尤其是对于纳米级活性材料表现最为突出。如国家知识产权局于2005. 3. 23公开了一项申请号为03144276. 5，名称为“电池用耐腐蚀电极的制造方法”的专利技术专利，其提供了一种电池用耐腐蚀电极的制造方法，主要工艺过程将交联剂、引发剂和有机溶剂混合搅拌成含交联聚偏氟乙烯和未交联聚氧化乙烯的透明溶液，与电极活性物质、导电剂搅拌成粘稠浆料，涂布在集流体上加热，压至厚度为 0. 05 0. 5mm的待交联电极，再将其置于90 400°C的恒温炉中，5分钟 6小时后自然冷却到恒温，取出后即为电池用耐腐蚀电极。其中公开了聚偏氟乙烯和聚氧化乙烯混合而成的粘接剂，存在如下的缺陷首先，电极中含有一定数量的引发剂，在充放电过程中引发剂会分解成小分子的物质，势必引起电池性能的急剧恶化；最后，该混合粘结剂仍然需要在有机溶剂中溶解，因此在制浆和涂布过程中，不仅产生大量的有机废气废液，而且大大增加电池生产成本。因此，低成本、无污染、低含量粘结剂的正极及其制备方法成为研究热点。目前，比较可行的是水溶性粘结剂和水系涂布制片。其特点是采用水溶性的粘结剂，因此可以采用水作为浆料的液体介质。但是，现有的水系正极中，水溶性粘结剂多采用丁苯橡胶(SBR)， SBR的粘结力较弱，且随着电池充放电循环，SBR分子中的碳-碳双键不断降解而失效，最终造成电池活性材料粘结不牢、掉料、导致容量和循环寿命下降；另外水系涂布过程中，由于粘结性不好和应力分布不均，极片在烘烤的过程中极易出现掉料、龟裂、卷边、爆边等现象， 严重影响生产的正常进行，并且制得的电池容量和循环性能偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中水溶性粘结剂的粘结性差、易降解、导致电池容量和循环性能差等缺陷，提供一种粘结性好、稳定性高的复合水溶性粘结剂。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下(一)一种用于制备锂电池的复合水溶性粘结剂，其特征在于包括以下按重量百分比计的组分非晶态聚氧化乙烯水溶性粘接剂10 40%凝胶型水溶性粘结剂60 90%。优选的非晶态聚氧化乙烯类水溶性粘结剂20 30%凝胶型水溶性粘结剂70 80%。上述二者混合溶解形成复合型水溶性粘结剂；本专利技术所述的非晶态聚氧化乙烯类水溶性粘结剂是指在聚氧化乙烯(PEO)分子链上插入小分子结构单元而形成的嵌段共聚物上述的小分子结构主要包括亚甲氧基、环氧氯乙烷、硅氧烷、磷酸树脂和铝酸酯中的一种或任意比例的几种。本专利技术所述的凝胶型水溶性粘结剂是指具有较好韧性且可形成凝胶的粘结剂为聚乙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙酸乙烯酯(PVAC)、聚丙烯酸乙二醇酯(PEGDA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或任意比例的几种。上述优选聚乙烯腈(PAN)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。(二)一种采用(一)中提供的复合水溶性粘接剂制成的锂离子电池正极，包括集流体和负载在集流体上的锂离子电池正极浆料，所述的锂离子电池正极浆料包括正极活性物质、导电剂、增稠剂、复合水溶性粘结剂、去离子水。上述各组分以正极活性物质的重量为基准导电剂的含量为正极活性物质的重量的0. 5 10%，优选3 8% ； 增稠剂的含量为正极活性物质的重量的0. 5 5%，优选1 3% ； 复合水溶性粘结剂的含量为正极活性物质的重量的0. 5 10%，优选2 6% ； 去离子水的含量为正极活性物质的重量的40 150%，优选50 80%。本专利技术所述的锂离子电池正极浆料的制备方法为本领域技术人员所公知的技术， 即将正极活性物质、导电剂、复合水溶性粘结剂、增稠剂和水混合均勻即可。本专利技术所述的正极活性物质为LiCo02、LiFeP04、LiNi02、LiNiCoA102、LiMn204以及 LiNiMnCoO2中的一种或任意比例的几种，优选LiFePO4或LiMn204。本专利技术所述的导电剂为炭黑、乙炔黑、碳纤维、片状石墨中的一种或任意比例的几种，优选情况下含有片状石墨。本专利技术所述的增稠剂为羧甲基纤维纳(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟丙基纤维素(HPC)、甲基纤维素(MC)和聚丙烯酸中的一种或任意比例的几种。本专利技术所述的锂离子电池正极还含有表面张力调节剂，该表面张力调节剂为醇或醚或者两者任意比例的混合物。上述的表面张力调节剂的含量为以正极活性物质的重量为基准，其含量为正极活性物质的重量的5 40%，优选10 20%。上述的醇为乙醇、乙二醇、丁醇和丙醇中的一种或任意比例的几种。上述的醚为乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和正丁醚中的一种或任意比例的几种。上述的一种锂离子电池正极，制备方法为本领域技术人员所公知的技术，即将锂离子电池正极浆料均勻涂覆在集流体上，厚度为50 200微米；再烘烤除去水分制成正极， 烘烤温度为80 120度，时间;3min 30min。(三)一种锂离子电池，该锂离子电池包括电池壳、极芯和电解液，所述极芯和电解液密封容纳在电池壳内，所述极芯包括正极、负极和位于正极与负极之间的隔膜层，其特征在于所述正极为本专利技术(二)中提供的采用(一)中的复合水溶性粘接剂制成的正极。本专利技术所述的隔膜层为聚丙烯微多孔膜(PP)、聚乙烯微多孔膜(PE)、玻璃纤维毡或PP/PE/PP，优选的，所述隔膜为PP/PE/PP。本专利技术所述的负极为将负极活性物质，如人造石墨、天然石墨、无定型碳、硬碳或钛酸锂均勻涂覆在集流体上，厚度为50 200微米，优选的，所述负极活性物质为人造石墨或天然石墨。本专利技术所述的电解液含有锂盐和非水溶剂，所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、全氟丁基磺酸锂、铝酸锂、氯铝酸锂、氟代磺酰亚胺锂、氯化锂和碘本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢皎，阮晓莉，王睿，胡蕴成，王荣贵，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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