CN104617302B - 一种高功率锂离子电池负极粘结剂组合物及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高功率锂离子电池负极粘结剂及其制造方法。其组成为：SBR(丁苯橡胶)10.0％～25.0％，SIS(苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯热塑性共聚物)10.0％～25.0％，分散剂1.0％～5.0％，去离子水50.0％～70.0％。组合物PH值为4.0～8.0。组合物粘度为5.0‑50.0mPa·s。本发明运用独特的配方科学配制粘结剂，成功实现了粘结剂在负极活性物质中有较好的分散性、提高负极活性物质与粘结剂混合制成的浆料与铜箔的粘附性和均匀性，粘结剂在负极活性物质中的添加量大幅降低。从而，显著增加了电池的使用寿命。降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种粘结剂，尤其涉及一种高功率锂离子电池负极粘结剂及其制造方法。
背景技术
随着锂电池行业的发展，近年来高功率锂电池的市场需求量大大增加。高功率锂电池主要用于混合动力汽车及其它需要大电流充放电的场合。对锂离子电池负极用粘结剂来说，现有的以PVDF(聚偏氟乙烯)、CMC(羧甲基纤维素)、SBR(丁苯橡胶)为主体的组合物存在如下问题：粘结剂使用量较多、活性物质与粘结剂分散性较差、活性物质与粘结剂混合制成的浆料与铜箔的粘附性差，导致电池的内阻较高使用寿命降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高功率锂离子电池负极粘结剂及其制造方法，该粘结剂能大幅减少粘结剂的使用量、在活性物质中有较好的分散性、提高活性物质与粘结剂混合制成的浆料与铜箔的粘附性和均匀性，延长电池寿命。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
高功率锂离子电池负极粘结剂，由SBR(丁苯橡胶)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、分散剂和去离子水组成，其含量：SBR(丁苯橡胶)10.0％～25.0％，SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)10.0％～25.0％，分散剂1.0％～5.0％，去离子水50.0％～70.0％。组合物PH值为4.0～8.0。组合物粘度为5.0-50.0mPa·s。
进一步地，上述的高功率锂离子电池负极粘结剂，其组分具有如下的重量百分比：SBR(丁苯橡胶)15.0％～19.0％，SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)15.0％～19.0％，分散剂1.5％～3.0％，去离子水57.0％～63.0％。组合物PH值为5.0～7.0。组合物粘度为8.0-20.0mPa·s。
进一步地，上述的高功率锂离子电池负极粘结剂，所述的SBR(丁苯橡胶)的分子量为100000～200000，且丁苯橡胶的粒径小于0.1μm。
进一步地，上述的高功率锂离子电池负极粘结剂，所述的SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)的硬度大于30。
进一步地，上述的高功率锂离子电池负极粘结剂，所述的分散剂为聚乙二醇，平均分子量为400-1500，羟值70-300。
进一步地，上述的高功率锂离子电池负极粘结剂的制造方法，其特征在于：先将去离子水加入分散锅中，搅拌下加入SBR(丁苯橡胶)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、分散剂，加热至80℃，恒温搅拌5小时，使其完全溶解均匀，降温至室温，过滤，出料。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明采用独特的配方科学配制粘结剂，采用分子量在100000～200000，粒径小于0.1μm的SBR(丁苯橡胶)和硬度大于30的SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)作为粘结剂的主要组份。控制SBR(丁苯橡胶)的分子量及粒径可以降低组合物的粘度，提高粘结剂在活性物质中的分散性，控制SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)的硬度，能大大提高活性物质与粘结剂混合制成的浆料与铜箔的粘附性。采用平均分子量为400-1500，羟值70-300的聚乙二醇，可使SBR和SIS均匀地分散于水中，调节粘结剂组合物的PH值，提高活性物质与粘结剂混合制成的浆料与铜箔的粘结强度和均匀性。
②采用本发明的粘结剂可以减少粘结剂的使用量，粘结剂占浆料的比例为1.0％～1.5％。
具体实施方式：
高功率锂离子电池负极粘结剂，由SBR(丁苯橡胶)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、聚乙二醇和去离子水组成，其含量：SBR(丁苯橡胶)10.0％～20.0％，SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)10.0％～20.0％，聚乙二醇1.0％～5.0％，去离子水50.0％～70.0％。组合物PH值为4.0～8.0。组合物粘度为5.0-50.0mPa·s。
理想的的高功率锂离子电池负极粘结剂，其组分具有如下的重量百分比：SBR(丁苯橡胶)15.0％～19.0％，SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)15.0％～19.0％，聚乙二醇1.5％～3.0％，去离子水57.0％～63.0％。组合物PH值为5.0～7.0。组合物粘度为8.0-20.0mPa·s。
高功率锂离子电池负极粘结剂的制造方法，其特征在于：先将去离子水加入分散锅中，搅拌下加入SBR(丁苯橡胶)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、分散剂，加热至80℃，恒温搅拌5小时，使其完全溶解均匀，降温至室温，过滤，出料。
本发明粘结剂用于锂离子电池负极片制作时：将负极活性物质(一般为石墨)与粘结剂和去离子水按比例混合搅拌均匀制程负极浆料，通过涂布机将负极浆料均匀地涂覆在铜箔表面，经烘干后剪切成负极片。
实施例1：
先将60.0kg去离子水加入分散锅中，搅拌下加入19.0kgSBR(丁苯橡胶)、19.0kgSIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、2.0kg聚乙二醇，加热至80℃恒温搅拌5小时，使其完全溶解，过滤，出料，获得粘结剂。其中SBR(丁苯橡胶)的分子量150000，粒径0.09μm；SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)的强度为40；聚乙二醇的分子量为1000，羟值为110；溶液PH值为5.5，粘度为15mPa·s。
实施例2：
先将62.0kg去离子水加入分散锅中，搅拌下加入18.0kgSBR(丁苯橡胶)、17.0kgSIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、3.0kg聚乙二醇，加热至80℃恒温搅拌5小时，使其完全溶解，过滤，出料，获得粘结剂。其中SBR(丁苯橡胶)的分子量200000，粒径0.08μm；SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)的强度为45；聚乙二醇的分子量为800，羟值为135；溶液PH值为6.0，粘度为10mPa·s。
实施例3：
先将61.0kg去离子水加入分散锅中，搅拌下加入17.0kgSBR(丁苯橡胶)、19.0kgSIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、3.0kg聚乙二醇，加热至80℃恒温搅拌5小时，使其完全溶解，过滤，出料，获得粘结剂。其中SBR(丁苯橡胶)的分子量100000，粒径0.1μm；SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)的强度为35；聚乙二醇的分子量为600，羟值为180；溶液PH值为6.5，粘度为18mPa·s。
对比例：
先将60.0kg去离子水加入分散锅中，搅拌下加入40.0kgSBR(丁苯橡胶)、加热至80℃恒温搅拌5小时，使其完全溶解，过滤，出料，获得粘结剂。其中SBR(丁苯橡胶)的分子量300000，粒径0.2μm；溶液PH值为7.0，粘度为65mPa·s。
将实施例1、实施例2、实施例3和对比例分别与石墨和去离子水按粘结剂∶石墨∶去离子水＝1∶99∶100比例混合搅拌均匀制成负极浆料，通过涂布机将负极浆料均匀地涂覆在铜箔表面，经烘干后剪切成负极片。使用剥离强度测试仪分别测试其剥离强度。
经检测，剥离强度的结果见表1。
表1
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| 剥离强度(N/m) | 7973 | 7869 | 8004 | 4237 |
将对比例与石墨和去离子水按粘结剂∶石墨∶去离子水＝4∶96∶100比例混合搅拌均匀制成负极浆料，通过涂布机将负极浆料均匀地涂覆在铜箔表面，经烘干后剪切成负极片和实施例1与石墨和去离子水按粘结剂∶石墨∶去离子水＝1∶99∶100比例混合搅拌均匀制成负极浆料，通过涂布机将负极浆料均匀地涂覆在铜箔表面，经烘干后剪切成负极片。使用剥离强度测试仪分别测试其剥离强度。
经检测，剥离强度的结果见表2。
表2
| 检测项目 | 实施例1 | 对比例 |
| 剥离强度(N/m) | 7973 | 5724 |
本发明运用独特的科学配方对SBR(丁苯橡胶)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、分散剂进行了科学的配制，控制SBR(丁苯橡胶)的分子量及粒径降低了组合物的粘度，提高粘结剂在活性物质中的分散性，控制SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)的硬度，能大大提高活性物质与粘结剂混合制成的浆料与铜箔的粘附性。控制聚乙二醇的分子量和羟值，使SBR和SIS均匀地分散于水中，调节粘结剂组合物的PH值，提高活性物质与粘结剂混合制成的浆料与铜箔的粘结强度和均匀性。
使用本发明粘结剂，成功实现了粘结剂在负极活性物质中的添加量的大幅降低。从而，显著增加了电池的使用寿命。降低了生产成本。
以上具体描述了本发明技术方案的应用实例，它们仅作为例子给出，不视为对本发明的应用限制。凡操作条件的等同替换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高功率锂离子电池负极粘结剂组合物，其特征在于包含以下成分(重量百分比)：SBR(丁苯橡胶)10.0％～25.0％，SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)10.0％～25.0％，分散剂1.0％～5.0％，去离子水50.0％～70.0％，组合物PH值为4.0～8.0，组合物粘度为5.0-50.0mPa.s。
2.根据权利要求1所述的高功率锂离子电池负极粘结剂组合物，其特征在于其组分具有如下的重量百分比：SBR(丁苯橡胶)15.0％～19.0％，SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)15.0％～19.0％，分散剂1.5％～3.0％，去离子水57.0％～63.0％，组合物PH值为5.0～7.0，组合物粘度为8.0-20.0mPa.s。
3.根据权利要求1或2所述的高功率锂离子电池负极粘结剂组合物，其特征在于：所述的SBR(丁苯橡胶)的分子量为100000～200000，且丁苯橡胶的粒径小于0.1μm。
4.根据权利要求1或2所述的高功率锂离子电池负极粘结剂组合物，其特征在于：所述的SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)的硬度大于30。
5.根据权利要求1或2所述的高功率锂离子电池负极粘结剂组合物，其特征在于：所述的分散剂为聚乙二醇，平均分子量为400-1500，羟值70-300。
6.根据权利要求1或2所述的高功率锂离子电池负极粘结剂组合物，其特征在于：先将去离子水加入分散锅中，搅拌下加入SBR(丁苯橡胶)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯热塑性共聚物)、分散剂，加热至80℃，恒温搅拌5小时，使其完全溶解均匀，降温至室温，过滤，出料。
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