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CN107834072A - 一种新型绿色环保锂离子电池粘结剂 - Google Patents

一种新型绿色环保锂离子电池粘结剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂离子电极材料的粘结剂，公开了一种聚碳酸酯粘结剂，以及利用所述的粘结剂制备的电极片和电化学装置。本发明所属的粘结剂相比于现有技术中的粘结剂(比如PVDF)，粘结剂性力强、电化学稳定性好、绿色环保以及低毒性，特别适用于以硅为负极的锂离子电池，可以显著提高锂离子电池的电池容量，改善电池的循环稳定性，以及提高电池的库伦效率。因此所属的电极材料粘结剂具有较高的性价比和较好的市场潜力。步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

一种新型绿色环保锂离子电池粘结剂
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种新型绿色环保锂离子电池粘结剂。
背景技术
目前，锂离子电池是动力和数码类产品的首选电源体系。在锂离子电池中，粘结剂是将活性材料和导电添加剂粘结到集流体上，形成电子导路，保证电池正常运行的高分子材料。在充放电过程中，粘结剂有效地维持电极结构完整，确保电极材料能够可重复的嵌脱锂。所以，粘结剂是锂离子电池正常运行的一个至关重要的因素。现在用于锂离子电池电极材料的粘结剂主要有：羟甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等。但是这些粘结剂与电解液(主要是碳酸酯)成分不同，降低了与电极材料和SEI膜的兼容性。聚碳酸酯是一种具有生物可降解性和低毒性的新型聚合物，且其分子结构与目前电解液的成分类似，有助于在电极表面形成更稳定的SEI膜，提高电池的电化学性能。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的是提供绿色环保以及低毒性，可显著地提高锂离子电池电化学性能的一种锂离子电极材料粘结剂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
聚碳酸酯作为锂离子电池电极材料粘结剂的应用。
优选的，所述聚碳酸酯是指分子链中含有碳酸酯的一类聚合物。
优选的，所述聚碳酸酯的数均分子量为0.3万～150万。
优选的，所述聚碳酸酯包括：聚三亚甲基碳酸酯、聚碳酸丙烯酯、聚亚乙基碳酸酯、聚乙烯基碳酸乙烯酯、聚烯丙基二甘醇二碳酸酯的均聚物或者共聚物。
本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的粘结剂为聚碳酸酯。
优选的，所述锂离子电池包括：正极、负极以及位于正极和负极之间的隔离膜和电解质，所述正极材料或负极材料中含有聚碳酸酯粘结剂。
优选的，所述锂离子电池的电极浆液由如下原料组成：粘结剂，NMP(N-甲基吡咯烷酮)、电极活性材料和导电添加剂。
优选的，所述粘结剂、电极活性材料和导电添加剂的质量比为：122～244：305：61～183。
本发明中EC为碳酸乙烯酯、DEC碳酸二乙酯，所述1M(mol/L)(导电盐的体积比为1:1)的EC/DEC混合溶液电解液为市售的EC+DMC电解液，其中，导电盐可为LiPF6、LiClO4或LiBF4等。
本发明的有益效果
1)本发明所使用的聚碳酸酯粘结剂具有绿色环保以及低毒性的特点。
2)本发明所属的粘结剂相比于现有技术中的粘结剂(比如PVDF)，粘结剂性力强、电化学稳定性好、绿色环保以及低毒性，特别适用于以硅为负极的锂离子电池，可以显著提高锂离子电池的电池容量，改善电池的循环稳定性，以及提高电池的库伦效率。因此所属的电极材料粘结剂具有较高的性价比和较好的市场潜力。
3)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
图1为实施例1与对比例1相应半电池的循环性能对比。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
采用本发明所述锂离子电池电极材料粘结剂用于制备锂离子电池电极的具体方法如下：
1)称量一定量的粘结剂，加入适量NMP(N-甲基吡咯烷酮)，搅拌分散。按比例称量电极活性材料和导电添加剂，研磨均匀，加入粘结剂中，搅拌24h，混合均匀。
2)将铜/铝箔压成直径为1.4cm的圆片，称量重量，记为重量1。
3)将调好的浆液均匀地涂抹到处理好的铜/铝箔上，真空80℃干燥12h，称量重量，记为重量2。重量2剪重量1得到涂层的重量，记为重量3。
4)将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装2016扣式电池。用1M为导电盐的体积比为1:1的EC/DEC混合溶液为电解液。将组装的电池封口，静置10h。
5)将静置好的电池在充放电测试仪上恒流测试电化学性能。
其中活性材料可为硅纳米颗粒、硅/碳复合物等锂离子电池电极材料。
实施例1
量取1.83g的NMP加入称量瓶，称量0.0366g聚三亚甲基碳酸酯加入称量瓶，搅拌溶解。称量硅纳米颗粒0.061g和乙炔黑0.0244g，研磨均匀，加入称量瓶，搅拌24h，分散均匀。将Cu箔压成直径为1.4cm的圆片，称量重量，记为重量1。将调好的浆液均匀地涂抹到处理好的Cu箔上，真空80℃干燥12h，称量重量，记为重量2。重量2减重量1得到涂层的重量，记为重量3。将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装2016扣式电池。用1M(mol/L)(导电盐的体积比为1:1)的EC/DEC混合溶液为电解液。将组装的电池封口，静置10h。将静置好的电池在充放电测试仪上恒流测试电化学性能。其中电流为100mA/g*重量3*0.5，电压范围在0.01-1.0V。
实施例2
量取2.44g的NMP加入称量瓶，称量0.0488g聚三亚甲基碳酸酯加入称量瓶，搅拌溶解。称量硅纳米颗粒0.061g和乙炔黑0.0122g，研磨均匀，加入称量瓶，搅拌24h，分散均匀。将Cu箔压成直径为1.4cm的圆片，称量重量，记为重量1。将调好的浆液均匀地涂抹到处理好的Cu箔上，真空80℃干燥12h，称量重量，记为重量2。重量2减重量1得到涂层的重量，记为重量3。将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装2016扣式电池。用1M(导电盐的体积比为1:1)的EC/DEC混合溶液为电解液。将组装的电池封口，静置10h。将静置好的电池在充放电测试仪上恒流测试电化学性能。其中电流为100mA/g*重量3*0.5，电压范围在0.01-1.0V。
实施例3
量取1.22g的NMP加入称量瓶，称量0.0244g聚三亚甲基碳酸酯加入称量瓶，搅拌溶解。称量硅纳米颗粒0.061g和乙炔黑0.0366g，研磨均匀，加入称量瓶，搅拌24h，分散均匀。将Cu箔压成直径为1.4cm的圆片，称量重量，记为重量1。将调好的浆液均匀地涂抹到处理好的Cu箔上，真空80℃干燥12h，称量重量，记为重量2。重量2减重量1得到涂层的重量，记为重量3。将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装2016扣式电池。用1M(导电盐的体积比为1:1)的EC/DEC混合溶液为电解液。将组装的电池封口，静置10h。将静置好的电池在充放电测试仪上恒流测试电化学性能。其中电流为100mA/g*重量3*0.5，电压范围在0.01-1.0V。
实施例4
量取1.22g的NMP加入称量瓶，称量0.0244g聚碳酸丙烯酯加入称量瓶，搅拌溶解。称量硅纳米颗粒0.061g和乙炔黑0.0366g，研磨均匀，加入称量瓶，搅拌24h，分散均匀。将Cu箔压成直径为1.4cm的圆片，称量重量，记为重量1。将调好的浆液均匀地涂抹到处理好的Cu箔上，真空80℃干燥12h，称量重量，记为重量2。重量2减重量1得到涂层的重量，记为重量3。将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装2016扣式电池。用1M(导电盐的体积比为1:1)的EC/DEC混合溶液为电解液。将组装的电池封口，静置10h。将静置好的电池在充放电测试仪上恒流测试电化学性能。其中电流为100mA/g*重量3*0.5，电压范围在0.01-1.0V。
实施例5
量取1.22g的NMP加入称量瓶，称量0.0244g聚亚乙基碳酸酯加入称量瓶，搅拌溶解。称量硅纳米颗粒0.061g和乙炔黑0.0366g，研磨均匀，加入称量瓶，搅拌24h，分散均匀。将Cu箔压成直径为1.4cm的圆片，称量重量，记为重量1。将调好的浆液均匀地涂抹到处理好的Cu箔上，真空80℃干燥12h，称量重量，记为重量2。重量2减重量1得到涂层的重量，记为重量3。将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装2016扣式电池。用1M(导电盐的体积比为1:1)的EC/DEC混合溶液为电解液。将组装的电池封口，静置10h。将静置好的电池在充放电测试仪上恒流测试电化学性能。其中电流为100mA/g*重量3*0.5，电压范围在0.01-1.0V。
对比例1
量取1.1834g的NMP加入称量瓶，称量0.0366g聚偏二氟乙烯(PVDF)加入称量瓶，搅拌溶解。称量硅纳米颗粒0.061g和乙炔黑0.0244g，研磨均匀，加入称量瓶，搅拌24h，分散均匀。将Cu箔压成直径为1.4cm的圆片，称量重量，记为重量1。将调好的浆液均匀地涂抹到处理好的Cu箔上，真空80℃干燥12h，称量重量，记为重量2。重量2减重量1得到涂层的重量，记为重量3。将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装2016扣式电池。用1M(导电盐的体积比为1:1的EC/DEC混合溶液)为电解液(与实施例1的电解液相同)。将组装的电池封口，静置10h。将静置好的电池在充放电测试仪上恒流测试电化学性能。其中电流为100mA/g*重量3*0.5，电压范围在0.01-1.0V。
性能检测如图1所示：从图1中可以看出实施例1中半电池的首周放电容量为4281.14mAh g-1，而对比例1中的首周放电容量为2421.1842为4281.14mAh g-1，使用聚三亚甲基碳酸酯为粘结剂的半电池放电容量明显高出对比例1半电池的放电容量。并且还可以看出，使用本发明提出的聚三亚甲基碳酸酯粘结剂(相对于聚偏二氟乙烯而言)能够更好地提高锂离子硅基负极材料的循环性能。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.聚碳酸酯作为锂离子电池电极材料粘结剂的应用。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述聚碳酸酯是指分子链中含有碳酸酯的一类聚合物。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述聚碳酸酯的数均分子量为0.3万～150万。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述聚碳酸酯包括：聚三亚甲基碳酸酯、聚碳酸丙烯酯、聚亚乙基碳酸酯、聚乙烯基碳酸乙烯酯、聚烯丙基二甘醇二碳酸酯的均聚物或者共聚物。
5.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的粘结剂为聚碳酸酯。
6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括：正极、负极以及位于正极和负极之间的隔离膜和电解质，所述正极材料或负极材料中含有聚碳酸酯粘结剂。
7.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的电极浆液由如下原料组成：粘结剂，NMP(N-甲基吡咯烷酮)、电极活性材料和导电添加剂。
8.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述粘结剂、电极活性材料和导电添加剂的质量比为：122～244：305：61～183。
9.一种锂离子电池的制造方法，其特征在于，包括：
将聚碳酸酯粘结剂与NMP混合均匀，再加入研磨均匀的电极活性材料和导电添加剂，混合均匀，即得浆液；
将上述的浆液涂抹到铜/铝箔上，真空干燥，得极片；
将上述的极片以锂片作为对电极，组装成扣式电池，封口，即得。
10.聚碳酸酯粘结剂在提高锂离子硅基负极材料的循环性能中的应用。
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