一种锂离子电池负极水性粘结剂制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极水性粘结剂，属于锂电池技术领域。本发明专利技术以油樟叶为原料，通过硼酸处理改变了碳材的电子结构，改善了电化学活性，提高电容对极片的膨胀也有抑制作用，配合改性海藻酸钠又提高粘胶体系的粘结强度；再以海藻酸钠为原料经高碘酸断裂海藻酸钠中的邻二醇结构，生成醛基，与高电化学活性碳粉表面的羟基发生羟醛缩合，对硅负极膨胀起到缓冲作用，在高导电性的同时又可有效抵抗负极运作时膨胀产生的力的作用，减少粘结体系团聚的发生，使其稳定分散，保持粘性，提高粘胶体系抑制膨胀的效果。本发明专利技术解决了针对目前锂离子电池电极材料的水性粘结剂粘结强度低、抑制极片膨胀的效果差的问题。

A water-based binder for lithium ion battery negative electrode

The invention discloses a lithium ion battery negative electrode water binding agent, which belongs to the lithium battery technical field. The invention takes camphor leaf as raw material, changes the electronic structure of carbon material through boric acid treatment, improves the electrochemical activity, improves the capacitance and inhibits the expansion of the electrode plate, cooperates with modified sodium alginate to improve the bonding strength of the viscose system, and then uses sodium alginate as raw material to break the o-diol in sodium alginate by periodate. The structure, the formation of aldehyde group and the aldol condensation of hydroxyl groups on the surface of high electrochemical activated carbon powders can buffer the expansion of silicon negative pole, effectively resist the force produced by the expansion when the negative pole operates at the same time of high conductivity, reduce the agglomeration of the bonding system, make it stable and dispersive, maintain viscosity and improve the viscose. The system inhibits inflation. The present invention solves the problems of low bonding strength of water-borne binder for current lithium ion battery electrode materials and poor effect of restraining the expansion of electrode plates.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极水性粘结剂
本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种锂离子电池负极水性粘结剂。
技术介绍
目前，随着环保成为世界主题，清洁能源即刻受到高度重视，各国致力于清洁能源的研究。锂离子电池作为商用电池中能量密度最高的已经成为清洁能源发展的一个重要方向。以美国特斯拉为的清洁能源电动汽车的迅猛发展更是促进了锂离子电池的研究热浪。锂电池自商业化以来，由于其具有高容量、循环次数多、无记忆效应、能量密度高、循环寿命长、绿色环保、使用温度范围宽、高倍率性及安全性等性能被广泛的应用到智能手机、平板电脑、蓝牙耳机、电动自行车和电动汽车等。随着科技的发展，人们对锂电池的能量密度的要求越来越高。目前，锂电池负极材料石墨的容量利用率基本上已到达其上限值(372mAh/g)，需要利用更高比容量的负极材料如硅基材料才能实现，但硅材料由其本身的物理化学特性，其在充放电时体积膨胀较大，进而影响电池的循环性能的稳定性。而高粘结强度的粘结剂是解决能量密度的有效手段，一方面降低粘结剂的用量以提高活性物质的含量，进而提高能量密度，另一方面高强度的粘结性能可有效抑制材料在充放电过程中的体积膨胀，进而提高能量密度。目前，市场上用于锂电池电极材料的粘结剂主要有聚偏氟乙烯和丁苯橡胶/羧甲基纤维素钠等。PVDF使用时需加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解后再配置成浆料，在制作成极片的过程中，溶剂的挥发既污染环境又危害工作人员的健康，并且粘结力和柔软性都较差，抑制极片膨胀的效果也非常有限，提高电池的容量及倍率特性比较困难，另外PVDF及其溶剂价格较高，增加了锂电池的成本。SBR/CMC水性粘结剂在市场上有大规模应用，但其粘结力和抑制极片膨胀的效果均有限，同时价格稍高，故使用时在一定范围内受到限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前锂离子电池电极材料的水性粘结剂粘结强度低、抑制极片膨胀的效果差的问题，提供一种锂离子电池负极水性粘结剂。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：一种锂离子电池负极水性粘结剂，按质量份数计包括如下组份，15~20份聚丙烯酸、0.04~0.08份氢氧化钙、5~8份助剂、6~12份黏度调节剂、30~50份去离子水，其特征在于，还包括20~40份改性丁腈橡胶、35~50份改性海藻酸钠液、12~20份高电化学活性碳粉。所述改性丁腈橡胶的制备：按质量份数计，取30~50份丁腈橡胶、10~20份石油树脂、1~4份过氧化苯甲酰、0.3~0.8份硅烷偶联剂KH-550，先将丁腈橡胶和过氧化苯甲酰于85~100℃混炼5~10min，加入硅烷偶联剂KH-550，于90~110℃，加入石油树脂混炼10~20min，得改性丁腈橡胶。所述石油树脂为C5石油树脂、C9石油树脂中的任意一种。所述改性海藻酸钠液的制备：于40~55℃，取海藻酸钠与水按质量比1：10~15混合，静置溶胀，升温至60~70℃，搅拌混合，得海藻酸钠液，取海藻酸钠液按质量比1：15~25：0.2~0.8加入高碘酸、辅剂搅拌混合，即得改性海藻酸钠液。所述辅剂为按质量比2：4~6：1取CaCl2、K2HPO4、KH2PO4混合，即得辅剂。所述高电化学活性碳粉的制备方法，包括如下步骤：（1）取油樟叶，洗净，干燥，取干燥后的油樟叶按质量比1：3~6加入硼酸溶液中，煮沸，煎煮，浓缩至原体积的20~30%，得浓缩液，取浓缩液加入预处理麦麸液混合搅拌，于50~65℃，保温1~2h，过滤，得滤渣A，取滤渣A，干燥通氩气保护，以800~900℃焙烧3~5h，冷却，得焙烧物A；（2）取焙烧物A按质量比1：3~6加入盐酸溶液混合搅拌，过滤，得滤渣B，取滤渣B，用滤渣B质量3~6倍的去离子水清洗，干燥，得干燥物，取干燥物按质量比4：1~2加入氢氧化钾，球磨，得球磨物，取球磨物，通氩气保护，焙烧，自然冷却，得焙烧物B，取焙烧物B用焙烧物B质量3~6倍去离子水冲洗，干燥，超微粉碎，即得高电化学活性碳粉。所述步骤（1）中的预处理麦麸液为取麦麸洗净，干燥，粉碎过筛，取过筛颗粒按质量比1：1~3：1：10~15加入红糖、石膏粉、去离子水混合，静置，微波处理，减压蒸浓缩发至原体积的35~40%，即得预处理麦麸液。所述步骤（2）中超微粉碎后的粒径为15~25μm。所述助剂为按质量比6：1：0.1~0.5取柠檬酸三胺、仲烷基磺酸钠、蒙脱石粉混合，即得助剂。所述黏度调节剂为微晶石蜡、环己醇、聚丙烯蜡、沙索蜡中的任意一种。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术以油樟叶为原料，通过硼酸处理改变了碳材的电子结构，改善了电化学活性、氢氧化钾活化处理，又使得碳材的比表面积大大提高，可与电解质液充分接触，起到对负极时膨胀的缓冲作用，制得的高电化学活性碳粉又可提高电容对极片的膨胀也有抑制作用，配合改性海藻酸钠又提高粘胶体系的粘结强度；（2）本专利技术以海藻酸钠为原料经高碘酸断裂海藻酸钠中的邻二醇结构，生成醛基，与高电化学活性碳粉表面的羟基发生羟醛缩合，使高电化学活性碳粉表面有机化，对硅负极膨胀起到缓冲作用，在高导电性的同时又可有效抵抗负极运作时膨胀产生的力的作用，减少粘结体系团聚的发生，使其稳定分散，保持粘性，提高粘胶体系抑制膨胀的效果，添加硅烷偶联剂改性丁腈橡胶，引入线性大分子结构，主链分子结构上连接着较多侧基，线性的大分子结构分散于体系中后，有利于基体中其它成分与该线性大分子结构发生缠绕卷曲，从而提高体系粘结的力学性能，另外，经硅烷偶联剂改性后，分子链上接枝少量的硅烷，也可有效提高体系的粘结强度。具体实施方式石油树脂：C5石油树脂、C9石油树脂中的任意一种。助剂：按质量比6：1：0.1~0.5取柠檬酸三胺、仲烷基磺酸钠、蒙脱石粉混合，即得助剂。辅剂：按质量比2：4~6：1取CaCl2、K2HPO4、KH2PO4混合，即得辅剂。黏度调节剂：微晶石蜡、环己醇、聚丙烯蜡、沙索蜡中的任意一种。预处理麦麸液：取麦麸洗净，干燥，粉碎过100目筛，取过筛颗粒按质量比1：1~3：1：10~15加入红糖、石膏粉、去离子水混合，静置1~2h，以600~700W微波处理10~15min，减压蒸发浓缩至原体积的35~40%，即得预处理麦麸液。高电化学活性碳粉的制备方法，包括如下步骤：（1）取油樟叶，用油樟叶质量3~6倍的去离子水洗净，于65~70℃烘箱干燥，取干燥后的油樟叶按质量比1：3~6加入浓度为1mol/L的硼酸溶液中，煮沸，煎煮，浓缩至原体积的20~30%，得浓缩液，取浓缩液加入预处理麦麸液混合搅拌，水浴50~65℃，保温1~2h，过滤，得滤渣A，取滤渣A，于60~70℃烘箱干燥至含水量在1%以下，移至容器通氩气保护，于马弗炉中以800~900℃焙烧3~5h，自然冷却至室温，得焙烧物A；（2）取焙烧物A按质量比1：3~6加入浓度为0.1mol/L的盐酸溶液混合，以230~300r/min搅拌30~50min，过滤，得滤渣B，取滤渣B，用滤渣B质量3~6倍的去离子水清洗，于60~70℃烘箱干燥，得干燥物，取干燥物按质量比4：1~2加入氢氧化钾，以250~300r/min球磨30~50min，得球磨物，取球磨物，于马弗炉通氩气保护，以700~800℃焙烧3~5h，自然冷却，得焙烧物B，取焙烧物B用焙烧物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极水性粘结剂，按质量份数计包括如下组份，15~20份聚丙烯酸、0.04~0.08份氢氧化钙、5~8份助剂、6~12份黏度调节剂、30~50份去离子水，其特征在于，还包括20~40份改性丁腈橡胶、35~50份改性海藻酸钠液、12~20份高电化学活性碳粉。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极水性粘结剂，按质量份数计包括如下组份，15~20份聚丙烯酸、0.04~0.08份氢氧化钙、5~8份助剂、6~12份黏度调节剂、30~50份去离子水，其特征在于，还包括20~40份改性丁腈橡胶、35~50份改性海藻酸钠液、12~20份高电化学活性碳粉。2.根据权利要求1所述一种锂离子电池负极水性粘结剂，其特征在于，所述改性丁腈橡胶的制备：按质量份数计，取30~50份丁腈橡胶、10~20份石油树脂、1~4份过氧化苯甲酰、0.3~0.8份硅烷偶联剂KH-550，先将丁腈橡胶和过氧化苯甲酰于85~100℃混炼5~10min，加入硅烷偶联剂KH-550，于90~110℃，加入石油树脂混炼10~20min，得改性丁腈橡胶。3.根据权利要求2所述一种锂离子电池负极水性粘结剂，其特征在于，所述石油树脂为C5石油树脂、C9石油树脂中的任意一种。4.根据权利要求1所述一种锂离子电池负极水性粘结剂，其特征在于，所述改性海藻酸钠液的制备：于40~55℃，取海藻酸钠与水按质量比1：10~15混合，静置溶胀，升温至60~70℃，搅拌混合，得海藻酸钠液，取海藻酸钠液按质量比1：15~25：0.2~0.8加入高碘酸、辅剂搅拌混合，即得改性海藻酸钠液。5.根据权利要求4所述一种锂离子电池负极水性粘结剂，其特征在于，所述辅剂为按质量比2：4~6：1取CaCl2、K2HPO4、KH2PO4混合，即得辅剂。6.根据权利要求1所述一种锂离子电池负极水性粘结剂，其特征在于，所述高电化学活性碳粉的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘菊花，陈炎，李莉，
申请(专利权)人：佛山腾鲤新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44