一种负极电极膜及应用了该电极膜的锂离子电池制造技术

本申请提供一种负极电极膜，含有负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，其特征在于，所述粘结剂在电极膜中的质量百分含量不超过2％；所述粘结剂中含有由苯乙烯单体、丙烯酸酯类单体和丙烯酸类单体形成的聚合物。该负极电极膜中粘结剂含量少，离子导电性能好；该负极电极膜用于锂离子电池中，能够在大倍率快速充电的情况下，避免负极极片的表面析锂，同时具有良好的安全性和循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种能够大倍率快速充电的锂离子电池及其负极极片。
技术介绍
锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、使用寿命长、无记忆效应和环保等优点，现已成为移动设备的理想电源，并取代了传统电源。随着移动设备的智能化和多功能化，其功耗急剧增加，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。自1991年Sony公司开发出石墨体系的锂离子电池，经过20多年的发展，其能量密度已接近极限。而新的化学体系的开发还有一些关键问题待解决，如硅基负极活性材料循环后膨胀带来的自身粉化、高电压下正极活性材料的高温循环性能差、电解液在高电压体系中的稳定性差、正极活性材料与电解液反应产气等。能量密度的提升遇到瓶颈，为提高用户体验，大倍率快充锂离子电池的开发可适当弥补能量密度的不足。但是当锂离子电池在大倍率下快速充电时，锂离子电池极化严重，单位面积电流加大，负极很快到达析锂电位，导致从正极扩散到负极的大量锂离子不能及时被负极接受，从而锂枝晶在负极表面析出，导致锂离子电池的容量快速衰减，并且锂枝晶容易刺穿隔离膜，造成极大的安全隐患。目前锂离子电池水性负极极片一般采用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)作为粘结剂，该粘结剂具有优异的弹性能力，粘结力好，但导离子性能差，不能实现大倍率快速充电。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种负极电极膜，该负极电极膜中粘结剂含量少，离子导电性能好；该负极电极膜用于锂离子电池中，能够在大倍率快速充电的情况下，避免负极极片的表面析锂，同时具有良好的安全性和循环性能。所述负极电极膜，含有负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，其特征在于，所述粘结剂在电极膜中的质量百分含量不超过2％；所述粘结剂中含有由苯乙烯单体、丙烯酸酯类单体和丙烯酸类单体形成的聚合物。优选地，所述丙烯酸酯类单体具有式(I)所示化学结构式；所述丙烯酸类单体具有式(II)所示的化学结构式；式(I)中，R1选自氢、碳原子数为1～20的烷基；R2选自碳原子数为1～20的烷基；式(II)中，R3选自氢、碳原子数为1～20的烷基。优选地，式(I)中的R1选自氢、碳原子数为1～10的烷基。优选地，式(II)中的R3选自氢、碳原子数为1～10的烷基。优选地，所述负极电极膜有负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂组成。所述烷基为任意直链烷烃分子、任意含有支链的烷烃分子或者任意环烷烃分子，失去任一氢原子得到的基团。优选地，所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯中的至少一种；所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸中的至少一种。优选地，所述粘结剂在电极膜中的质量百分含量为0.5～2％。进一步优选地，所述粘结剂在电极膜中的质量百分含量为1～2％。所述粘结剂粘结力大，导离子性能好，能够显著降低阳极表面极化。优选地，所述苯乙烯单体在总单体中的质量百分含量为10～40％。进一步优选地，所述粘结剂中苯乙烯单体在总单体中的质量百分含量范围上限任选自35％、30％、25％，下限任选自12％、15％。苯乙烯单体的使用，能够提高粘结剂中聚合物的内聚力，增加粘结剂的粘结力。优选地，所述丙烯酸酯类单体在总单体中的质量百分含量为50～85％。进一步优选地，所述丙烯酸酯类单体在总单体中的质量百分含量范围上限任选自85％、82％、80％、78％，下限任选自60％、65％、70％、72％。丙烯酸酯类单体的使用，保证电极膜中活性物质颗粒间与电极片集流体箔片之间的粘结，同时丙烯酸酯中羰基的孤对电子在电场作用下与锂离子的络合-解络过程，使锂离子将沿聚合物链段快速迁移，离子导电性好。优选地，所述丙烯酸类单体在总单体中的质量百分含量为1～10％。进一步优选地，所述丙烯酸类单体在总单体中的质量百分含量范围上限任选自8％、7％、6％，下限任选自2％、3％、4％。在粘结剂聚合物的侧链引入亲水性极性基团(羧基)，能够降低表面能，使得乳液易于成膜，且成膜后强度高、粘附力强，进一步增加粘结剂的粘结力。各单体在总单体中的质量百分含量＝各单体质量÷(苯乙烯单体质量+丙烯酸酯类单体质量+丙烯酸类单体质量)×100％。例如苯乙烯单体在总单体中的质量百分含量＝苯乙烯单体质量÷(苯乙烯单体质量+丙烯酸酯类单体质量+丙烯酸类单体质量)×100％。优选地，所述负极活性物质选自石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、Li4Ti5O12、锡、硅中的至少一种。进一步优选地，所述负极活性物质为石墨。优选地，所述负极活性物质在电极膜中的质量百分含量不少于90％。进一步优选地，所述负极活性物质在电极膜中的质量百分含量不少于95％。本领域技术人员可根据实际需要，选择合适的导电剂种类及导电剂的含量。优选地，所述导电剂选自导电碳黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。优选地，所述导电剂在电极膜中的质量百分含量为0～3％。进一步优选地，所述导电剂在电极膜中的质量百分含量为0～1.5％。本领域技术人员可根据实际需要，选择合适的增稠剂种类及增稠剂的含量。优选地，所述增稠剂选自羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酰胺。优选地，所述增稠剂在电极膜中的质量百分含量为0.8～3％。进一步优选地，所述增稠剂在电极膜中的质量百分含量为0.8～1.5％。优选地，所述粘结剂中还含有乳化剂。本领域技术人员可根据实际需要，选择合适的乳化剂种类及乳化剂的含量。优选地，所述乳化剂在粘结剂中的质量百分含量为2～5％。优选地，所述乳化剂为歧化松香酸皂和/或油酸钾。此外，所述粘结剂中还含有不可避免的聚合反应链引发剂。本领域技术人员可根据实际需要，选择合适的链引发剂和链终止剂种类及链引发剂和链终止剂的含量。作为本申请一个优选地实施方式，所述粘结剂固化前的乳液，制备方法至少包括以下步骤：将苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、丙烯酸类化合物加入含有乳化剂的水溶液中，于不超过30℃的温度下，加入引发剂引发聚合反应，得到固含量为35wt％～55wt％的乳液。根据本申请的又一方面，还提供一种锂离子电池，其特征在于，含有上述任一负极电极膜中的至少一种。所述锂离子电池在大倍率快速充电情况下，具有良好的安全性和循环性能。优选地，所述锂离子电池为卷绕式锂离子电池或叠片式锂离子电池。所述锂离子电池含有正极片、负极片、隔离膜、电解质或电解液，所述负极片含有上述任一负极电极膜和集流体。本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极电极膜，含有负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，其特征在于，所述粘结剂在负极电极膜中的质量百分含量不超过2％；所述粘结剂中含有由苯乙烯单体、丙烯酸酯类单体和丙烯酸类单体形成的聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种负极电极膜，含有负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，
其特征在于，所述粘结剂在负极电极膜中的质量百分含量不超过2％；所
述粘结剂中含有由苯乙烯单体、丙烯酸酯类单体和丙烯酸类单体形成的聚
合物。
2.根据权利要求1所述的负极电极膜，其特征在于，所述丙烯酸酯
类单体具有式(I)所示化学结构式，所述丙烯酸类单体具有式(II)所示
的化学结构式：
式(I)中，R1选自氢、碳原子数为1～20的烷基；R2选自碳原子数为
1～20的烷基；
式(II)中，R3选自氢、碳原子数为1～20的烷基。
3.根据权利要求1所述的负极电极膜，其特征在于，所述丙烯酸酯
类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯中的
至少一种；所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸中的
至少一种。
4.根据权利要求1所述的负极电极膜，其特征在于，所述苯乙烯单
体在总单体中的质量百分含量为10～40％；所述丙烯酸酯类单体在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹政，郑强，王升威，孙成栋，申红光，高潮，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44