粘结剂、正极浆料、正极片和锂离子电池制造技术

一种粘结剂、正极浆料、正极片和锂离子电池，属于锂离子电池领域。粘结剂包括木质素衍生物、聚丙烯酸。其中的木质素衍生物是以碱木质素或酶解木质素为主要原料，经化学改性接入由磺酸基、羧基、铵基和胺基组成的组中的任意一种或多种的活性基团而得到的改性产物中的至少一种。该粘结剂使用环保且原料廉价易得。

Binder, positive paste, positive plate and lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
粘结剂、正极浆料、正极片和锂离子电池
本申请涉及锂离子电池领域，具体而言，涉及一种粘结剂、正极浆料、正极片和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池在日常生活中已经获得了广泛的应用。传统的锂离子电池正极制备技术使用聚偏氟乙烯(PolyvinylideneFluoride，PVDF)作为正极粘结剂。其结构中的C-H键与C-F键相互交联形成螺旋状围绕碳链结构，从而使得PVDF表现出良好的稳定性具有较好的粘结性能。但在使用过程中，PVDF需要消耗大量的N-甲基吡咯烷酮(N-MethylPyrolidone，NMP)有机溶剂，从而引起严重的环境污染和成本高昂。此外，聚偏氟乙烯在一些电解液中会出现溶胀现象，这个会在一定程度上导致锂离子电池的稳定性下降。为了避免有机溶剂的高污染，水性正极技术应运而生，而传统的PVDF无法在水性溶剂中溶解，给水性正极发展带来巨大的挑战。有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
基于上述的不足，本申请提供了一种粘结剂、正极浆料、正极片和锂离子电池，以部分或全部地改善、甚至解决相关技术中的问题。本申请是这样实现的：在第一方面，本申请的示例提供了一种粘结剂，其用于锂离子电池的正极片的制作。粘结剂包括：木质素衍生物、聚丙烯酸。其中，木质素衍生物是木质素磺酸盐或木质素改性物。该木质素改性物是以碱木质素或酶解木质素为主要原料，经化学改性接入由磺酸基、羧基、铵基和胺基组成的组中的任意一种或多种的活性基团而得到的改性产物中的至少一种。该粘结剂中的使用经过改性的木质素，其具有改进的水溶解性。木质素衍生物与聚丙烯酸合用能够获得优异的亲水性，在水中易于分散。此外，此粘结剂还具有粘结性强、原料便宜、绿色环保等特点。结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的实施方式中，粘结剂包括按照质量份数计的以下组分：木质素衍生物100份，聚丙烯酸20～500份。以上述比例使用木质素衍生物和聚丙烯酸能够调控粘结剂在使用状态下的分散性。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在本申请的第一方面的第二种可能的实施方中，木质素衍生物的数均分子量为500至10000。木质素衍生物的数均分子量在上述范围内可以获得溶解性和增稠性能的平衡。结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的实施方式中，粘结剂通过用水将木质素衍生物和聚丙烯酸分散为分散液使用。通过使用水来将粘结剂制作为液体物质使用可以提高其使用原料的安全性，同时降低制作难度。结合第一方面的第三种可能的实施方式，在本申请的第一方面的第四种可能的实施方中，分散液的固含量为1～50％。粘结剂用水制作的分散液的固含量在上述范围内，因此，具有其在相对较少的用量下可以起到理想的粘结效果。换言之，其利用率较高。在第二方面，本申请的示例提供了一种正极浆料，其用于锂离子电池。正极浆料包括：活性材料、导电剂、如前述的粘结剂，且粘结剂由水调匀。结合第二方面，在本申请的第二方面的第一种可能的实施方式中，正极浆料为粘性的浆料，浆料的固含量在40～80％。结合第二方面，在本申请的第二方面的第二种可能的实施方式中，以质量百分比计，活性材料85～99％、导电剂0.1～10％、粘结剂0.1～10％。在第三方面，本申请的示例提供了一种正极片，其采用如前述的正极浆料通过制作而成。在第四方面，本申请的示例提供了一种锂离子电池，包括如前述的正极片。在以上实现过程中，本申请实施例提供的粘结剂是一种基于木质素的锂离子电池正极用材料。在本申请示例中，木质素衍生物的应用区别于其常规应用方式——减水剂，从而拓展了木质素的应范围。其能够使用去离子水作为溶剂进行制备和使用，从而避免使用有毒性的、污染严重的试剂如N-甲基吡咯烷酮有机溶剂。由此，更加绿色环保。相比于基于PVDF的传统的粘结剂，本申请示例中的粘结剂，粘结性强、分散性高、电化学稳定性高，能够显著提高电池性能。此外，这种粘结剂制备方法简单，原料可再生，廉价易得，实用性强。具体实施方式下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。以下针对本申请实施例的粘结剂、正极浆料、正极片和锂离子电池进行具体说明：就本申请专利技术人所知，目前，锂离子电池中，锂离子电池正极制备技术使用聚偏氟乙烯作为正极粘结剂，并且需要使用N-甲基吡咯烷酮有机溶剂。基于这样的现状，专利技术人经过研究提出了一种新颖的粘结剂，其能替代聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的使用，且更加环保。具体而言，本申请示例中提出的粘结剂是基于木质素的。木质素是一种芳香族天然高分子化合物，具有三维网状结构。木质素含有酚羟基、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，具有良好的吸附和分散性能。目前，木质素已经通过改性、加工、复配等方法生产多个产品。其中一个重要的应用之一是其对水泥有吸附及分散作用，能改善混凝土各种物理性能，因此被广泛用于水泥加工减水剂，减少用水13％以上。进一步地，本申请示例中对于木质素以木质素改性物的形式使用，即是一种木质素衍生物。例如木质素衍生物是木质素磺酸盐。或者，木质素衍生物是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。其中，碱木质素例如是用碱从植物组织中抽提出的木质素。木质素受碱的作用发生碱性水解而溶解度增加，而被抽提出来，经沉淀分离，得到的木质素称为碱木质素。碱木质素平均相对分子质量较低、分子质量有明显多分散性、较高的化学反应活性。该木质素结构含有较多的紫丁香基和少量的愈创木基及对羟苯基，从而具有较高含量的活性基团，如酚羟基醇羟基等。除了木质素衍生物之外，粘结剂中还使用聚丙烯酸(其可以起到分散和粘结的作用)为原料。即粘结剂采用木质素衍生物与聚丙烯酸组合使用。两者的用量比例通常可以根据在使用过程中的黏稠度和粘结性能进行选择，例如，木质素衍生物120份、聚丙烯酸10份；或者，木质素衍生物150份、聚丙烯酸550份。作为一种可选的方案，通常将两者的比例控制在木质素衍生物100份、聚丙烯酸20至500份。可替代的示例性方案中，木质素衍生物100份、聚丙烯酸20份或25份或30份或36份或42份或100份或130份或170份或210份或260份或330份或390份或400份或450份。另外，考虑到木质素是一种高分子聚合物，其分子量对其可溶解性或黏稠度等方面的性能都起到相当程度的影响。因此，示例中选择数均分子量在500至10000的木质素衍生物。当然，根据需要木质素衍生物也可以选择其他数均分子量的规格。如前述本申请示例中的粘结剂是一种水系的粘结剂，因此其可以通过用水调配的方式使用。即以水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂用于锂离子电池的正极片的制作，所述粘结剂包括：木质素衍生物、聚丙烯酸，所述木质素衍生物是木质素磺酸盐或木质素改性物，所述木质素改性物是以碱木质素或酶解木质素为主要原料，经化学改性接入由磺酸基、羧基、铵基和胺基组成的组中的任意一种或多种的活性基团而得到的改性产物中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂用于锂离子电池的正极片的制作，所述粘结剂包括：木质素衍生物、聚丙烯酸，所述木质素衍生物是木质素磺酸盐或木质素改性物，所述木质素改性物是以碱木质素或酶解木质素为主要原料，经化学改性接入由磺酸基、羧基、铵基和胺基组成的组中的任意一种或多种的活性基团而得到的改性产物中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括按照质量份数计的以下组分：
木质素衍生物100份，聚丙烯酸20～500份。


3.根据权利要求1或2所述的粘结剂，其特征在于，所述木质素衍生物的数均分子量为500至10000。


4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂通过用水将所述木质素衍生物和所述聚丙烯酸分散为分散液使用。

【专利技术属性】
技术研发人员：王康，李纾黎，刘建生，
申请(专利权)人：广州鹏辉能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44