粘结剂、正极浆料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种粘结剂、正极浆料及其制备方法、锂离子电池，所述粘结剂包括四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯，所述正极浆料包括所述粘结剂、三元正极材料和导电剂。本发明专利技术实施例通过TFE/VDF共聚物与聚偏氟乙烯共混，形成共混物，作为锂离子电池的粘结剂。由于TFE为四氟，减少了脱去HF的几率，因此降低了所述粘结剂的凝胶化程度，在一定程度上弱化了混浆时锂离子正极浆料的凝胶化问题。TFE/VDF共聚物是耐氧化性强的氟聚合物，可以提高锂离子电池的循环性能；由于TFE/VDF共聚物的加入解决了正极浆料的凝胶化问题，使得锂离子电池具有更高的离子电导率，从而可以提高锂离子电池的倍率性能。

Binder, cathode paste and its preparation method, lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
粘结剂、正极浆料及其制备方法、锂离子电池
本专利技术涉及电池材料
，特别是指一种粘结剂、正极浆料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型绿色高能电池，因具有工作电压高、比容量大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应及对环境友好等优点，被广泛应用于手机、摄像机、笔记本电脑等便携式电子仪器设备。随着在电动汽车、无线电动工具及军事上的应用，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，而LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2与其它高镍的三元材料能够在较高的电压(大于4.3V)下发生锂离子的脱嵌反应，因此为提高锂离子电池的能量密度带来了新的希望。在正常的充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料(负极)和层状结构的氧化物(正极)的层间嵌入与脱出，只引起材料层面间距的变化，不破坏晶体结构，具有良好的可逆性。但由于电化学反应与电解液腐蚀的影响，锂离子电池正负极材料往往会出现体积膨胀收缩、涂层结构开裂、剥落等问题，从而导致电池内部短路，缩短电池使用寿命。其中，粘结剂在解决这方面问题中起到尤为重要的作用。目前，广泛应用于锂离子电池的粘结剂是聚偏氟乙烯(PVDF)，其具有良好的热化学、电化学稳定性、优良的机械性能和加工性能。但PVDF在碱性条件下容易脱去氟化氢(HF)形成双键，然后发生凝胶化，其凝胶化原理如图1所示。而对于高镍的锂离子电极三元正极材料Li[NixCoyMnz]O2、Li[NixCoyAlz]O2等，尤其是x＞0.7的材料，其表面碱性物质，如氢氧化锂(LiOH)和碳酸锂(Li2CO3)，的含量很高，从而使得采用PVDF作为三元正极材料的粘结剂时，会发生很严重的浆料凝胶化。而且，正极浆料的凝胶化问题，一方面会降低正极浆料涂布工艺的可操作性(需要在手套箱里涂布正极浆料)，另一方面会降低离子电导率，继而导致锂离子电池的倍率性能降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种粘结剂、正极浆料及其制备方法、锂离子电池，以解决正极浆料凝胶化的技术问题。在本专利技术的第一个方面，本专利技术实施例提供了一种粘结剂，包括四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯。在本专利技术的一些实施例中，按照质量百分比计，所述粘结剂包括：4.5～50％四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物，50～95.5％聚偏氟乙烯。在本专利技术的一些实施例中，所述四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物的聚合度为1000～50000。在本专利技术的一些实施例中，在所述四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物中，所述四氟乙烯与偏氟乙烯的摩尔比为0.05～20:1。在本专利技术的第二个方面，本专利技术实施例提供了一种正极浆料，包括上述任一个实施例中所述的粘结剂、三元正极材料和导电剂。在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂、三元正极材料和导电剂的质量比为0.2～2:6～10:1。在本专利技术的第三个方面，本专利技术实施例提供了一种正极浆料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)、将上述任一个实施例中所述的粘结剂溶于溶剂中，制得粘结液；步骤(2)、将三元正极材料和导电剂混合，制得混合料；步骤(3)、将所述混合料加入到所述粘结液中，制得所述正极浆料。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，将上述任一个实施例中所述的粘结剂溶于溶剂中，先以80～85℃加热5～10分钟，再以200～250转/分的速度球磨3～5分钟，制得粘结液。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，将所述混合料加入到所述粘结液中，并继续加入溶剂，再以200～250转/分的速度球磨5～6小时，制得所述正极浆料。在本专利技术的一些实施例中，所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮，所述导电剂选自乙炔黑、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管和科琴黑中的至少一种。在本专利技术的第四个方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池，正极和负极，所述正极包括集流体和涂布在所述集流体表面的上述任一个实施例中所述的正极浆料。本专利技术实施例通过四氟乙烯(TFE)/偏氟乙烯(VDF)共聚物与聚偏氟乙烯(PVDF)共混，形成共混物，作为锂离子电池的粘结剂。由于TFE为四氟，减少了脱去HF的几率，因此降低了所述粘结剂的凝胶化程度，在一定程度上弱化了混浆时正极浆料的凝胶化问题。TFE/VDF共聚物是耐氧化性强的含氟聚合物，可以提高锂离子电池的循环性能；由于TFE/VDF共聚物的加入解决了正极浆料的凝胶化问题，使得锂离子电池具有更高的离子电导率，从而可以提高锂离子电池的倍率性能。因此，采用所述正极浆料制得的锂离子电池在循环性能和倍率性能等方面都得到了有效提高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为聚偏氟乙烯发生凝胶化的原理示意图；图2为对比例1的电池正极浆料的示意图；图3为实施例1的电池正极浆料的示意图；图4为本专利技术电池正极浆料的制备方法的流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种粘结剂，包括四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯。与现有技术相比，本专利技术实施例提供的粘结剂加入了四氟乙烯(TFE)/偏氟乙烯(VDF)共聚物，由于TFE为四氟，减少了脱去HF的几率，因此降低了所述粘结剂的凝胶化程度，在一定程度上弱化了混浆时正极浆料的凝胶化问题。可选地，按照质量百分比计，所述粘结剂包括：4.5～50％四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物，50～95.5％聚偏氟乙烯。按照该质量百分比组成的粘结剂可以在保证不影响聚偏氟乙烯热化学、电化学稳定性、机械性能和加工性能的前提下，尽可能地降低所述粘结剂的凝胶化程度，即使在碱性条件下也可以显著弱化混浆时正极浆料的凝胶化问题。优选地，按照质量百分比计，所述粘结剂包括：20％四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物，80％聚偏氟乙烯。优选地，按照质量百分比计，所述粘结剂包括：25％四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物，75％聚偏氟乙烯。优选地，按照质量百分比计，所述粘结剂包括：18％四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物，82％聚偏氟乙烯。在这些实施例中，均可以在保证不影响聚偏氟乙烯热化学、电化学稳定性、机械性能和加工性能的前提下，尽可能地降低所述粘结剂的凝胶化程度，即使在碱性条件下也可以显著弱化混浆时正极浆料的凝胶化问题。可选地，所述四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物的聚合度为1000～50000，一方面可以有效减少脱去HF的几率，另一方面可以提高四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物与聚偏氟乙烯共混性，从而降低所述粘结剂的凝胶化程度。其中，所述四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物的聚合度典型但非限制性地优选1000、1200、3000、6000、10000、25000、46000、50000等。需要指出的是，在所述四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物中，本专利技术实施例对四氟乙烯与偏氟乙烯的摩尔比优选0.05～20:1。其中，四氟乙烯与偏氟乙烯的摩尔比典型但非限制性地优选0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘结剂，其特征在于，包括四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯。

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于，包括四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯。2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，按照质量百分比计，所述粘结剂包括：4.5～50％四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物，50～95.5％聚偏氟乙烯。3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物的聚合度为1000～50000。4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，在所述四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物中，所述四氟乙烯与偏氟乙烯的摩尔比为0.05～20:1。5.一种正极浆料，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的粘结剂、三元正极材料和导电剂。6.根据权利要求5所述的正极浆料，其特征在于，所述粘结剂、三元正极材料和导电剂的质量比为0.2～2:6～10:1。7.一种如权利要求5或6所述正极浆料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志华，苗力孝，石朝辉，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54