一种锂电池复合粘结剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种锂电池复合粘结剂及其应用，所述锂电池复合粘结剂由柔性粘结剂聚四氟乙烯和刚性粘结剂组成；所述刚性粘结剂为聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的至少一种；二者质量比为(6‑16):(1‑4)。本发明专利技术通过采用“柔性”粘结剂PTFE与“刚性”粘结剂复合，利用了这两种粘结剂性质互补的特性，减缓了锂‑二氧化锰电池放电末期脉冲能力下降的趋势；同时聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、天然纤维素改性物质等的有机官能团能与Mn原子进行配位，可减少正极二氧化锰表面的反应位点，降低由二氧化锰催化的副反应的发生，提高锂‑二氧化锰电池体系内部的稳定性，延长锂锰电池的储存寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂电池复合粘结剂及其应用。
技术介绍
对商业化的锂-二氧化锰一次电池而言，其正极通常由活性物质二氧化锰与导电炭黑(乙炔黑、石墨、科琴黑等)，粘结剂(聚四氟乙烯，以及四氟乙烯与其他氟代单体的共聚物)组成。这类粘结剂易于形成网络状结构，包裹正极活性物质和导电炭黑，形成如图1所示的结构。但电池在放电过程中，随着锂离子不断嵌入正极二氧化锰中，二氧化锰晶格不断膨胀，最终导致正极活性物质与集流体以及导电炭黑形成的导电网络接触变差；从而导致电池的接触电阻变大，电池放电末期放电平台下降速率较快。因此如何改进锂电池的正极浆料组成，以使其降低由二氧化锰催化的副反应的发生，提高锂-二氧化锰电池体系内部的稳定性，从而提高锂锰电池的储存寿命，已成为目前研究的热点。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种锂电池复合粘结剂，本专利技术通过采用“柔性”粘结剂PTFE与“刚性”粘结剂聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、天然纤维素改性物质等组成复合粘结剂，利用两种粘结剂性质互补的特性，减缓锂-二氧化锰电池放电末期脉冲能力下降的趋势。同时聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、天然纤维素改性物质等的有机官能团能与Mn原子进行配位，可在一定程度上减少正极二氧化锰表面的反应位点，降低由二氧化锰催化的副反应的发生，提高锂-二氧化锰电池体系内部的稳定性，从而提高锂锰电池的储存寿命。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种锂电池复合粘结剂，其由“柔性”粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)与“刚性”粘结剂组成，其中“刚性”粘结剂为聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的混合物。本专利技术通过采用软硬粘结剂相结合的方式，极大地延缓了电池放电过程中正极膨胀问题，减缓了锂-二氧化锰电池放电末期脉冲能力下降的趋势，同时可在一定程度上减少正极二氧化锰表面的反应位点，降低由二氧化锰催化的副反应的发生，提高锂-二氧化锰电池体系内部的稳定性，延长锂锰电池的储存寿命。根据本专利技术，所述“柔性”粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)与“刚性”粘结剂的质量比为(6-16):(1-4)，例如6:1、6:2、6:3、6:4、6:5、6:6、8:1、10:1、12:1、14:1、15:2或16:3，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术对“柔性”粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)与“刚性”粘结剂的质量进行了特定配合，通过将其质量比设置为(6-16):(1-4)，能够最大程度地延缓电池放电过程中的正极膨胀问题，进一步提高锂-二氧化锰电池体系内部的稳定性，从而延长锂锰电池的储存寿命。本专利技术中，所述聚四氟乙烯和刚性粘结剂的质量比优选为(4-12):(1-2)，进一步优选为(5-10):(1-2)。第二方面，本专利技术还提供了一种锂电池正极浆料，其包含如第一方面所述的复合粘结剂。本专利技术所述锂电池正极浆料，具体地，按重量百分含量包含以下组分：(1)电解二氧化锰：85％～95％；(2)导电剂：0.5％-5％；(3)复合粘结剂：3.5％-10％。根据本专利技术，所述电解二氧化锰的含量为85％-95％，例如85％、86％、88％、90％、91％、92％、93％、94％或95％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述导电剂的含量为0.5-5％，例如0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％或5％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术中，所述导电剂不做特殊限定，例如可以是石墨粉、乙炔黑、科琴黑、鳞片石墨或活性炭中的任意一种或至少两种的混合物，其中典型但非限制性的混合物为石墨粉和乙炔黑、科琴黑和鳞片石墨、乙炔黑和活性炭，优选为科琴黑。根据本专利技术，所述复合粘结剂的含量为3.5％-10％，例如3.5％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术所述的“包含”，意指其除所述组份外，还可以包括其他组份，这些其他组份赋予所述无卤阻燃型树脂组合物不同的特性。除此之外，本专利技术所述的“包含”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。第三方面，本专利技术还提供了如第二方面所述的锂电池正极浆料的制备方法，其包含先将电解二氧化锰和导电剂进行混合，然后再与复合粘结剂充分混合，即得。第四方面，本专利技术还提供了一种锂电池，其包含如第二方面所述的正极浆料。第五方面，本专利技术还提供了如第四方面所述的锂电池的制作方法，其包括以下步骤：(1)将第二方面中所述的电解二氧化锰与导电剂充分混合，再与复合粘结剂充分混合，在160-170℃温度条件下，起纤烘干；(2)将起纤好的粉料进行造粒后，压片制成锂电池正极片，正极重量为0.93-1.00g，之后置于195-200℃的烘箱中烘烤12-14h；(3)将步骤(2)得到的正极，负极金属锂、电解液和隔膜组装成锂电池。其中，所述电解液包含1-2mol/L的高氯酸锂的乙二醇二甲醚与碳酸丙烯酯溶液的混合物。与现有技术方案相比，本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术采用软硬粘结剂相结合的方式，极大的延缓电池放电过程中正极膨胀问题，减缓锂-二氧化锰电池放电末期脉冲能力下降的趋势；(2)本专利技术利用聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、天然纤维素改性物质等的有机官能团对Mn原子进行配位，可在一定程度上减少正极二氧化锰表面的反应位点，降低由二氧化锰催化的副反应的发生，提高锂-二氧化锰电池体系内部的稳定性，从而提高锂锰电池的储存寿命。附图说明图1是现有技术中粘结剂包裹正极活性物质和导电炭黑形成的网络状结构；图2是本专利技术实施例5与对比例1所制得的锂电池的充放电性能。下面对本专利技术进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本专利技术的简易例子，并不代表或限制本专利技术的权利保护范围，本专利技术的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。为更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，本专利技术的典型但非限制性的实施例如下：实施例1(1)将88.5wt％MnO2与5wt％科琴黑充分混合，再与6％聚四氟乙烯以及0.5％CMC充分混合，在160℃温度条件下，起纤烘干；(2)将起纤好的粉料进行造粒后，压片制成锂电池正极片，正极重量为0.93-1.00g，之后置于200℃的烘箱中烘烤12h；(3)将步骤(2)得到的正极，负极金属锂，电解液(1mol/L高氯酸锂的乙二醇二甲醚与碳酸丙烯酯溶液)和隔膜组装成锂电池。实施例2(1)将86wt％MnO2与4.5wt％科琴黑充分混合，再与7％聚四氟乙烯以及0.5％CMC和2％丙烯腈多元共聚物充分混合，在165℃温度条件下，起纤烘干；(2)将起纤好的粉料进行造粒后，压片制成锂电池正极片，正极重量为0.93-1.00g，之后置于200℃的烘箱中烘烤13h；(3)将步骤(2)得到的正极，负极金属锂，电解液(1mol/L高氯酸锂的乙二醇二甲醚与碳酸丙烯酯溶液)和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池复合粘结剂，其特征在于，由聚四氟乙烯和刚性粘结剂组成；所述刚性粘结剂为聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池复合粘结剂，其特征在于，由聚四氟乙烯和刚性粘结剂组成；所述刚性粘结剂为聚丙烯酸酯类、丙烯腈多元共聚物、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的混合物。2.如权利要求1所述的复合粘结剂，其特征在于，所述聚四氟乙烯和刚性粘结剂的质量比为(6-16):(1-4)。3.如权利要求1或2所述的复合粘结剂，其特征在于，所述聚四氟乙烯和刚性粘结剂的质量比为(4-12):(1-2)，优选为(5-10):(1-2)。4.一种锂电池正极浆料，其特征在于，所述正极浆料包含权利要求1-3之一所述的复合粘结剂。5.如权利要求4所述的锂电池正极浆料，其特征在于，按重量百分含量包含以下组分：(1)电解二氧化锰：85％～95％；(2)导电剂：0.5％-5％；(3)复合粘结剂：3.5％-10％。6.如权利要求5所述的锂电池正极浆料，其特征在于，所述导电剂为石墨粉、乙炔黑、科琴黑、鳞片石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑞瑞，李会娜，祝媛，袁中直，刘金成，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44