一種鋰離子電池用水系粘結劑及使用該粘結劑的鋰離子電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰離子電池技術，尤其涉及一種鋰離子電池用水系粘結劑及使用該粘 結劑的鋰離子電池。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池在生活中的得到廣泛應用，例如手機、平板電腦、電動汽車等各方面。 而粘結劑在鋰離子電池中的作用是幫助正負極活性物質和導電劑附著粘黏在集流體表面， 形成正負極極片的，粘結劑是鋰離子電池組成中不可缺少的一部分，粘結劑的種類不同對 鋰離子電池的生產加工過程以及鋰離子電池的性能有著比較大的影響。
[0003] 目前市場上的鋰離子電池負極片的粘結劑通常分為油系溶劑體系粘結劑和水系 溶劑體系的粘結劑。其中油系粘結劑通常選擇聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯是一種半結晶的聚 合物，在電池應用中存在以下缺點:在電解液中溶脹反彈大，熱穩定性差，容易在過充、熱沖 擊時發生爆炸，有安全隱患；其次聚偏氟乙烯在使用時需要溶解在有機溶劑N-甲基吡咯烷 酮中才能和正負極活性物質、導電劑混合在一起，才能完成粘接作用。在生產中使用N-甲基 吡咯烷酮需要增加N-甲基吡咯烷酮的回收系統設備，回收成本比較高，同時也增加了電池 的生產成本;另外N-甲基吡咯烷酮易揮發，會對環境造成污染。
[0004] 另外，水系溶劑的粘結劑一般選擇丁苯橡膠或者聚丙烯腈。
[0005] 現有鋰離子電池中水系溶劑的粘接劑可以滿足負極活性物質、導電劑和正負極集 流體的粘接，但是存在以下問題：
[0006] (1)首先，丁苯橡膠的機械穩定性比較差，在高速分散時會出現分子鏈被打斷的問 題;另外丁苯橡膠對于運輸存儲條件要求比較高，在低于冰點后會出現破乳失效的問題;第 三，丁苯橡膠在使用時需要添加羧甲基纖維素鈉防沉降的添加劑，否則漿料會出現嚴重的 顆粒團聚、沉降的現象，而羧甲基纖維素鈉是一種親水性物質，具有較強的吸濕性，容易造 成極片水分含量偏高，進而造成電池脹氣、首次效率低、循環差和安全性能差等問題。
[0007] (2)聚丙烯腈PAN粘結劑，雖然不存在丁苯橡膠的機械穩定性差和運輸存儲環境要
含有-CN基團，因此具有 很高的極性。材料的粘接力取決于粘合劑的分子結構、被粘材料結構特別是表面結構，分子 的極性愈大，粘接性愈強，但分子間的作用力也愈強，分子鏈的轉動難度加大，扭曲能力下 降，材料的彈性下降，造成成膜以后膜較硬，導致極片比較硬，發脆。改善PAN粘合劑脆性的 增塑劑是水，如果在相對濕度50-70%下進行極片的碾壓卷繞可以避免因為極片脆而發生 的極片表面開裂等問題，但是這種干燥不完全或較高濕度下的存放，可能造成集流體腐蝕， 導致所制作的電池的內阻增高。
【發明內容】
[0008] 本發明要解決的問題是提供一種新型鋰離子電池用水系粘結劑可以在保證正/負 極活性物質、導電劑和集流體粘接效果的基礎上，避免上述問題出現。
[0009]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種鋰離子電池用水系粘結劑， 所述粘結劑為質量含量為1 ，以去離子水為溶劑的改性聚丙烯酸酯溶液。
[0010] 進一步，所述改性聚丙烯酸酯溶液為有機硅改性聚丙烯酸酯、有機氟改性聚丙烯 酸酯或者聚氨酯改性聚丙烯酸酯的一種或幾種混合。
[0011] 本發明的另一目的在于提供一種鋰離子電池電級材料，由如下質量百分比的組份 組成：
[0012] 改性聚丙烯酸酯 1-10%
[0013]導電劑 0-10%
[0014] 正極活性物質/負極活性物質 80-99%。
[0015]優選的，所述正極活性物質可以為所有的已知的鋰離子電池的正極材料，如鈷酸 鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰或磷酸亞鐵鋰。
[0016]優選的，所述負極活性物質可以為所有的已知的鋰離子電池的負極材料，如人造 石墨、天然石墨、中間相炭微球、硬碳、軟碳、鈦酸鋰、硅碳或硅錫合金。
[0017] 優選的，所述導電劑為導電炭黑、乙炔黑、石墨烯、導電石墨、導電碳管和導電碳纖 維中的一種或幾種混合。
[0018] 進一步，所述電極材料的粘度范圍為3000-9000mPa*s，固含量為35-85%。
[0019]本發明還提供了一種鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：（1)用去離子水稀釋 改性聚丙烯酸酯溶液得到鋰離子電池用水性粘結劑；（2)加入導電劑和正極活性物質/負極 活性物質，混合均勻后得到漿料；（3)使用輥涂或噴涂方式將混合好的漿料涂覆在鋰離子電 池的集流體上；（4)通過烘箱將溶劑烘干去除，得到極片；（5)將極片進行裝配，制作成電池。
[0020] 本發明具有的優點和積極效果是:改性聚丙烯酸酯不僅具有較好的粘接性，還具 有優良的穩定性、耐候性、柔韌性等特點，可以解決目前粘結劑存在的問題：
[0021] (1)改性聚丙烯酸酯相比較丁苯橡膠來說，使用改性聚丙烯酸酯作為粘接劑可以 簡化勻漿工藝，不需要加入羧甲基纖維素鈉作為穩定劑，能夠降低成本，還可以避免水分過 高引起的其他問題；另外改性聚丙烯酸酯的機械穩定性比較好，可以避免類似丁苯橡膠在 高速攪拌下出現的分子鏈斷裂的問題，能夠有效的保證活性物質與集流體的粘接效果；同 時改性聚丙烯酸酯的耐候性能好，不會再低于冰點后出現破乳現象；
[0022] (2)改性聚丙烯酸酯相比較聚丙烯腈來說，改性聚丙烯酸酯含有-C=C_碳碳雙鍵 結構，同時還有改性官能團的嫁接，使分子鏈具有一定的卷曲性，即扭曲能力增大，從而保 證了極片具有較好粘接效果的同時，也有著比較好的柔韌性;另外，改性聚丙烯酸酯再合成 時避免了丙烯腈(丙烯腈有劇毒)的引入，相對比較環保，對環境無污染。
【具體實施方式】[0023]實施例1
[0024]將聚氨酯改性聚丙烯酸酯用去離子水配制成質量比為5.0%的膠液，稱取13.63千 克膠液和0.42千克導電劑（導電炭黑)放入雙行星動力混合機中，在公轉15rpm的條件下攪 拌10分鐘，之后提高轉速在自轉為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌30分鐘;加入20千克 負極活性物質(人造石墨GHMG)，在公轉15rpm的條件下攪拌10分鐘，之后提高轉速在自轉為 2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌90分鐘;之后檢測漿料的固含量和粘度，需要達到粘度 范圍為3000-9000mPa*s，固含量為35-85%，如果不符合，需要加入去離子水來調整漿料粘 度，每次加入適量去離子水之后在自轉為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌30分鐘，直至 漿料粘度能夠達到涂覆要求為止;測試最終漿料的粘度為4000mPa*s，其固含量為48.50%， 之后將混合好的漿料涂覆在負極集流體銅箱上，烘烤去除水分，并且將制作好的負極片裝 配到卷繞結構的電池中。
[0025] 實施例2
[0026]將有機硅改性聚丙烯酸酯用去離子水配制成質量比為5.0%的膠液，稱取16.8千 克膠液和0.56千克導電劑（導電碳纖維)放入雙行星動力混合機中，在公轉15rpm的條件下 攪拌10分鐘，之后提高轉速在自轉為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌30分鐘；加入20千 克負極活性物質（中間相炭微球），在公轉15rpm的條件下攪拌10分鐘，之后提高轉速在自轉 為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌90分鐘;之后檢測漿料的固含量和粘度，需要達到粘 度范圍為3000-9000mPa*s，固含量為35-85%，如果不符合，需要加入去離子水來調整漿料 粘度，每次加入適量去離子水之后在自轉為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌30分鐘，直 至漿料粘度能夠達到涂覆要求為止;之后將混合好的漿料涂覆在負極集流體銅箱上，烘烤 去除水分，并且將制作好的負極片裝配到卷繞結構的電池中。
[0027] 實施例3
[0028]將有機氟改性聚丙烯酸酯用去離子水配制成質量比為5.0%的膠液，稱取20.2千 克膠液和0.82千克導電劑（導電炭黑）放入雙行星動力混合機中，在公轉15rpm的條件下攪 拌10分鐘，之后提高轉速在自轉為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌30分鐘;加入20千克 正極活性物質（磷酸鐵鋰），在公轉15rpm的條件下攪拌10分鐘，之后提高轉速在自轉為 2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌90分鐘;之后檢測漿料的固含量和粘度，需要達到粘度 范圍為3000-9000mPa*s，固含量為35-85%，如果不符合，需要加入去離子水來調整漿料粘 度，每次加入適量去離子水之后在自轉為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌30分鐘，直至 漿料粘度能夠達到涂覆要求為止;之后將混合好的漿料涂覆在正極集流體銅箱上，烘烤去 除水分，并且將制作好的正極片裝配到卷繞結構的電池中。
[0029] 實施例4
[0030] 將有機氟改性聚丙烯酸酯用去離子水配制成質量比為5.0%的膠液，稱取4.9千克 膠液和0.18千克導電劑(導電炭黑)放入雙行星動力混合機中，在公轉15rpm的條件下攪拌 10分鐘，之后提高轉速在自轉為2500rpm、公轉為35rpm的條件下攪拌30分鐘;加入20千克正 極活性物質(鈷酸鋰），在公轉15rpm的條件下攪拌10分鐘，之后提高轉速在自轉為2500rpm、 公轉為35