本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂和基于其的锂离子电池负极电极片与锂离子电池。该木质素基水性黏结剂包括以下重量份数的组分：水溶性木质素100份；丁苯橡胶20～1000份。本发明专利技术还提供了一种基于上述黏结剂的锂离子电池负极电极片及其锂离子电池。本发明专利技术木质素基水性黏结剂应用于锂离子电池负极，增加了电极材料的分散性和粘结力，有效克服活性材料的团聚，提高电极浆料在Cu箔上的涂覆均匀性，电极材料韧性好，能降低其界面阻抗，降低了负极电极片电阻，较大改善材料的高倍率性能；另一方面，本发明专利技术提供的木质素广泛来源于天然植物，绿色环保，应用于水系黏结剂能显著降低电池的成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池
，特别涉及一种用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂和基于其的锂离子电池负极电极片与锂离子电池。
技术介绍
黏结剂虽是锂离子电池电极片中的非活性成分，但却是制备锂离子电池电极片必须使用的重要材料之一。在电极中，黏结剂既起到活性材料层间的黏结作用，也用于活性材料层与集流体之间的黏结。除粘结性外，黏结剂还需要具有柔韧性、电解质中的不溶解性、致密性、化学和电化学稳定性以及易于电极涂覆。加入最佳量的黏结剂，可以获得较大的容量、较长的循环寿命和较低的内阻，这对提高电池的循环性能、快速充放电能力以及降低电池的内压等具有促进作用。传统的有机溶剂型含氟黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)在商业生产电池中广泛应用，但其易吸水，吸水后分子量下降，黏结性能变差；容易被非水相电解质溶胀，使电极材料在集流体上黏结性能变差；并且通常使用易挥发、易燃易爆、有毒的有机溶剂作分散剂，这些有机溶剂不仅价格昂贵而且严重污染环境。与有机溶剂型黏结剂相比，水性黏结剂具有无溶剂释放、环保、成本低、不燃、使用安全等特点，成为锂离子电池黏结剂行业的重要发展方向。随着人们研究的不断深入，水性黏结剂目前已经得到了迅速的发展，而且其种类也越来越多。目前报道的水性黏结剂主要包括酚醛树脂型、氨基树脂型、聚丙烯酸脂型、橡胶型乳液胶、乙烯-乙酸乙脂型、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、果胶酸钠、壳聚糖等。特别地，在目前规模化商业生产中，锂离子电池石墨负极片的制造己经采用羧甲基纤维素钠(CMC)/丁苯橡胶(SBR)这类水
性黏结剂。然而，当石墨负极使用CMC/SBR水性黏结剂时，电解液形成“固态电解质膜”(Solid Electrolyte Interface)的阻抗较大，不利于锂离子的脱嵌，影响电池的长期循环性能以及高倍率性能(J.Power Sources,2005,147,249–255)。木质素是一种芳香族天然高分子化合物，是自然界中含量仅次于纤维素的生物质资源，具有三维网状结构，含有酚羟基、醇羟基、羧基和甲氧基等多种官能团，是一种典型的两亲性高分子。木质素是一类广泛存在于植物体内的天然碳氢化合物，其含量在木材中达20～35％，在草本植物中达15～25％。木质素具有无毒、不结晶、耐热、耐光、抗老化、粘接力强、生物相容性好等诸多优点。工业木质素来源于制浆造纸、木材水解、生物质能源等领域的废弃物，主要包括水溶性的木质素磺酸盐、水溶性较差的碱木质素和酶解木质素。然而，大量研究表明，可通过磺化或羧基化等反应赋予碱木质素和酶解木质素良好的水溶性。这些水溶性的木质素具有良好的吸附和分散性能，已广泛用于水泥、农药、水煤浆、染料和导电聚合物等诸多固体颗粒悬浮体系中的分散。众所周知，负极活性材料分散的好坏，直接影响整个锂离子电池的性能。到目前为止，尚未有研究报道将水溶性木质素用于锂离子电池电极材料的分散和黏结。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述木质素基水性黏结剂的锂离子电池负极电极片。本专利技术的再一目的在于提供一种含有上述锂离子电池负极电极片的锂离子电池。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂，包括以下重量份数的组分：水溶性木质素 100份丁苯橡胶(SBR) 20～1000份。所述的水溶性木质素包括木质素磺酸盐，以及以碱木质素或酶解木质素为主要原料，经化学改性接入磺酸基、羧基、铵(胺)基等活性基团而得到的改性产物中的至少一种。优选地，所述的水溶性木质素包括木质素磺酸盐、磺化碱木质素、磺化酶解木质素、羧基化碱木质素、羧基化酶解木质素、铵(胺)化碱木质素和铵(胺)化酶解木质素中的至少一种，其各组分的用量可为任意比例。本专利技术还提供一种基于上述木质素基水性黏结剂的锂离子电池负极电极片。所述的锂离子电池负极电极片，采用如上所述的木质素基水性黏结剂作为黏结剂。所述锂离子电池负极电极片的组分中包括活性材料、导电剂和木质素基水性黏结剂。优选地，所述锂离子电池负极电极片中活性材料、导电剂和木质素基水性黏结剂的质量比为(70～95):(1～20):(4～10)。所述的活性材料为本领域常规锂离子电池电极用活性材料即可，可为石墨、活性炭、中间相碳微球和硅/碳复合物中的至少一种。所述的导电剂为本领域常规导电剂即可，如导电炭黑(Super P)。所述锂离子电池负极电极片的制备方法包括以下步骤：将木质素基水性黏结剂中的水溶性木质素、导电剂、活性材料、木质素基水性黏结剂中的SBR依次加入水中，搅拌均匀，即可得到电极浆料，将其涂覆于Cu箔上，干燥，滚压，即得锂离子电池负极电极片。优选地，所述电极浆料的固含量为30～70wt％。优选地，所述干燥的条件为在80～120℃下恒温真空干燥12～48h。进一步地，本专利技术还提供了一种含有如上所述的锂离子电池负极电极片的锂离子电池。如上所述的锂离子电池包括电池壳、极芯和电解液，所述的极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括如上所述的包括木质素基水性黏结剂的电极
片、锂片对电极和位于电极之间的隔膜。本专利技术的机理为：本专利技术将木质素基水性黏结剂应用于锂离子电池负极中，能显著提升其高倍率性能并降低其阻抗。通过在负极活性材料颗粒表面上吸附水溶性木质素，结合木质素本身的三维空间网络结构所形成的空间位阻作用，能够有效地克服活性材料颗粒间的团聚；同时吸附在活性材料颗粒表面上的水溶性木质素中大量存在的磺酸基、羧基或者铵(胺)基，可与水分子之间形成氢键作用，从而使得活性材料颗粒能够均匀且稳定地分散在水中；此外水溶性木质素中疏水核可在活性材料颗粒之间形成桥联作用，大大提高了活性物质之间的粘结力。因此，选择水溶性木质素和丁苯橡胶(SBR)复配作为黏结剂使用，一方面，增加了电极活性材料的分散性和粘结力，提高了电极浆料在Cu箔上的涂覆均匀性，降低了负极电极片电阻，提升了锂离子电池的高倍率性能；另一方面，显著减低了锂离子电池的成本。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：本专利技术木质素基水性黏结剂中水溶性木质素和丁苯橡胶(SBR)的复配使用以及用量的选择，应用于锂离子电池负极，增加了电极材料的分散性和粘结力，电极材料韧性好，能降低其界面阻抗，较大改善材料的高倍率性能；另一方面，本专利技术提供的木质素广泛来源于天然植物，绿色环保，应用于水系黏结剂能显著降低电池的成本。附图说明图1为本专利技术实施例1石墨负极及对比电极极片的外观图。图2为本专利技术实施例1石墨负极及对比电极的倍率性能图。图3为本专利技术实施例1石墨负极及对比电极的交流阻抗图。图4为本专利技术实施例2活性炭负极的倍率性能图。图5为本专利技术实施例3中间相碳微球负极的倍率性能图。图6为本专利技术实施例4硅/碳复合物负极的倍率性能图。图7为本专利技术对比例1石墨负极浆体涂布干燥后的外观图。图8为本专利技术对比例2石墨负极的交流阻抗图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。下列实施例中所用的试剂均可从商业渠道购买得到。实施例11、测试电极的配制：石墨、导电炭黑(Super P)和木质素基水性黏结剂的质量比为85本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂，其特征在于包括以下重量份数的组分：水溶性木质素 100份丁苯橡胶 20～1000份。
【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂，其特征在于包括以下重量份数的组分：水溶性木质素 100份丁苯橡胶 20～1000份。2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂，其特征在于：所述的水溶性木质素包括木质素磺酸盐，以及以碱木质素或酶解木质素为主要原料，经化学改性接入磺酸基、羧基、铵(胺)基活性基团而得到的改性产物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂，其特征在于：所述的水溶性木质素包括木质素磺酸盐、磺化碱木质素、磺化酶解木质素、羧基化碱木质素、羧基化酶解木质素、铵(胺)化碱木质素和铵(胺)化酶解木质素中的至少一种。4.一种基于权利要求1～3任一项所述的用于锂离子电池负极的木质素基水性黏结剂的锂离子电池负极电极片。5.根据权利要求4所述的锂离子电池负极电极片，其特征在于：所述锂离子电池负极电极片的组分中包括活性材料、导电剂和权利要求1～3任一项所述的用于锂离子电池负极的木质素基...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱学青，熊文龙，杨东杰，李常青，邓永红，钱勇，易聪华，黄锦浩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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