锂电池用水性导电粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂电池用水性导电粘结剂，包括0.01～0.8份单壁碳纳米管、1～10份多壁碳纳米管和10～50份水性粘结剂述单壁碳纳米管的外径为0.4～40nm，其管壁厚度为

Waterborne conductive binder for lithium battery and its preparation

【技术实现步骤摘要】
锂电池用水性导电粘结剂及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池材料
，特别是一种锂电池用水性导电粘结剂及其制备方法。
技术介绍
当前，广泛用于锂离子电池粘结剂主要有三大类：聚偏氟乙烯类(简称PVDF类)、丁苯橡胶类(简称SBR类)、羧甲基纤维素钠类(简称CMC类)，其中，PVDF类主要用于锂离子电池的油系正极，以N-甲基吡咯烷酮(简称NMP)作为溶剂，不环保，同时成本较高；SBR类和CMC类主要用于锂离子电池的水系负极，用量大，并且粘结力差，同时使用其制作的电池存在着极大的内阻，对于纳米材料的分散性能也存在一定问题；另外，上述粘结剂均不带有导电性，电池生产厂需要在制作锂电池的过程中向正极或者负极电极极片浆料中额外添加导电剂，使电池的制作工艺繁琐，且容易造成正负极的主材、导电剂与粘结剂之间的分散不均匀，无法充分发挥导电剂对正极或者负极主材的导电性能的优势，或者造成极片的粘结力不够高，容易掉粉，破坏正极或者负极主材料自身的容量发挥性能，同时造成电池循环性能不佳。所以，为了简化制浆工艺，适应当前环保的趋势与解决材料的分散问题，降低粘结剂用量，降低电池内阻，提高活性材料与集流体之间的粘结力，提高锂离子电池的容量发挥与循环性能，同时兼具“粘结+导电+分散”三合一的产品已经必不可少。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种采用“一步合成，一步分散”简单工艺制作的锂电池用水性导电粘结剂及其制备方法，兼具导电、粘结、分散性能，用量少，同时可降低电池内阻，提高极片粘结力，提升电池循环性能；另外，此水性导电粘结剂的制作成本较低，全程以水为溶剂，符合环保的趋势。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种锂电池用水性导电粘结剂，包括0.01～0.8重量份单壁碳纳米管、1～10重量份多壁碳纳米管和10～50重量份水性粘结剂；所述单壁碳纳米管的外径为0.4～40nm，其管壁厚度为长度≥1μm；所述多壁碳纳米管外径为2～20nm，其管壁厚度为长度在500nm～10cm；所述单壁碳纳米管与所述多壁碳纳米管的长径比≥1000nm。作为优选方式，所述水性导电粘结剂还包括质量为碳纳米管总量的0.2～100倍的分散剂，所述分散剂为非离子型高分子化合物或离子型纤维素胶或离子型聚丙烯酸。作为优选方式，所述非离子型高分子化合物采用聚乙烯吡咯烷酮，所述离子型纤维素胶采用羧甲基纤维素钠，所述离子型聚丙烯酸采用PAA混合物。作为优选方式，所述水性导电粘结剂还包括0.5～10质量份的辅助导电材料，所述辅助导电材料为石墨烯、气相生长炭纤维、特密高的导电炭黑、导电炭黑中的至少一种。作为优选方式，所述水性导电粘结剂还包括0.2～25重量份的导电聚合物，所述导电聚合物的电导率为100～250S/cm；所述导电聚合物为一价对阴离子、一价对阳离子中的一种或两种。作为优选方式，所述水性粘结剂为聚丙烯酸类、聚丙烯晴类、丁苯橡胶类、甲基纤维素类中的一种。本专利技术还提供一种锂电池用水性导电粘结剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按质量份取0.01～0.8份单壁碳纳米管、1～10份多壁碳纳米管，或按质量份取0.01～0.8份单壁碳纳米管、1～10份多壁碳纳米管、以及0.5～10份辅助导电材料、0.2～25份导电聚合物的至少一种，加入至10～50份水性粘结剂溶液中，在10℃～60℃温度下，通入惰性气体，进行机械分散，以达到分散溶液的目的，制得混合液；步骤二、减压脱除步骤一所得混合液中残留的团聚体与水性粘结剂残留单体，真空度≤-0.1MPa，抽真空2～3h，制得水性导电粘结剂。本专利技术还提供一种锂电池用水性导电粘结剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按质量份取0.01～0.8份的单壁碳纳米管、1～10份的多壁碳纳米管，或按质量份取0.01～0.8份单壁碳纳米管、1～10份多壁碳纳米管、以及0.5～10份辅助导电材料、0.2～25份导电聚合物的至少一种，加入至质量为所述单壁碳纳米管和多壁碳纳米管总量的0.2～10倍的分散剂中，在10℃～60℃温度下，通入惰性气体；进行机械分散，以达到分散溶液的目的；减压脱除上述所得溶液中残留的团聚体，真空度≤-0.1MPa，抽真空2～3h，得到具有锂离子导电性能的混合液；步骤二、将步骤一所得混合液加入至10～50份水性粘结剂中，进行机械分散，使其混合分散均匀，即制得水性导电粘结剂。作为优选方式，所述步骤一所得混合液中，单壁碳纳米管固含量为0.1％～1.0％，多壁碳纳米管固含量为1％～10％。作为优选方式，所述机械分散的方式为在500W～2000W功率下对溶液进行超声，或使用直径为0.01～0.08mm的锆珠在200rpm～1000rpm转速下通过剪切力击碎溶液，或在200bar～1000bar低压下对溶液进行单面撞击，所述机械分散的处理时间为0.5～3h。本专利技术涉及一种锂离子用水性导电粘结剂及其制备方法，与现有设计相比，其优点在于：本专利技术通过在现有常规合成的具有良好分散能力的水性粘结剂中加入单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，以及辅助导电材料和导电聚合物，一步到位制作具有“粘结+导电+分散”多种功能的水性导电粘结剂。使用本专利技术的锂离子电池用的水性导电粘结剂，在正极或者负极电极极片浆料的制浆过程中只需要加入活性材料，避免了传统制浆工艺的工序繁琐与复杂，简化了制浆工艺，节省了制浆时间；同时，本专利技术的水性导电粘结剂具有较好的分散性，解决传统制浆工艺中活性材料、粘结剂与导电剂之间的分散困难的问题；而碳纳米管、辅助导电材料或导电聚合物在导电粘结剂或极片中形成导电网络，可提高水性导电粘结剂的导电性能，降低电池内阻；并且本专利技术通过碳纳米管、辅助导电材料和导电聚合物作为材料增强体以提升导电粘结剂在电池正极或负极极片本身的粘结力，解决了传统工艺中极片易掉粉的问题；通过以上综合作用，充分发挥出使用本专利技术水性导电粘结剂制成的锂离子电池中正极或者负极活性材料的容量特性，提高了锂离子电池的循环性能；另外，本专利技术的导电粘结剂全程以水为溶液介质，无毒无污染，有利于环境保护，适应环保趋势；相比传统粘结剂，本专利技术水性导电粘结剂用量少，同时制作成本低，有利于大规模生产。附图说明图1为本专利技术水性导电粘结剂的SEM图。图2为使用本专利技术水性导电粘结剂制成的电极极片的局部SEM图。图3为使用本专利技术水性导电粘结剂与对比例制作电池的循环性能对比图。具体实施方式下文结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1～7以及对比例1～2的各组分、重量如表1所示，实施例1～7以及对比例1～2的性能检测数据如表2所示。实施例1本专利技术提供一种锂离子用水性导电粘结剂，包括碳纳米管和水性粘结剂，具体地，包括0.01～0.8重量份单壁碳纳米管、1～10重量份多壁碳纳米管和10～50重量份水性粘结剂；所述水性粘结剂包括PAA聚丙烯酸类、PAN聚丙烯晴类、SBR丁苯橡胶类、CMC甲基纤维素类等各个锂离子电池所用的分散性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用水性导电粘结剂，其特征在于：包括0.01～0.8重量份单壁碳纳米管、1～10重量份多壁碳纳米管和10～50重量份水性粘结剂；所述单壁碳纳米管的外径为0.4～40nm，其管壁厚度为

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用水性导电粘结剂，其特征在于：包括0.01～0.8重量份单壁碳纳米管、1～10重量份多壁碳纳米管和10～50重量份水性粘结剂；所述单壁碳纳米管的外径为0.4～40nm，其管壁厚度为长度≥1μm；所述多壁碳纳米管外径为2～20nm，其管壁厚度为长度在500nm～10cm；所述单壁碳纳米管与所述多壁碳纳米管的长径比≥1000nm。


2.根据权利要求1所述的一种锂电池用水性导电粘结剂，其特征在于，所述水性导电粘结剂还包括质量为碳纳米管总量的0.2～100倍的分散剂，所述分散剂为非离子型高分子化合物或离子型纤维素胶或离子型聚丙烯酸。


3.根据权利要求2所述的一种锂电池用水性导电粘结剂，其特征在于，所述非离子型高分子化合物采用聚乙烯吡咯烷酮，所述离子型纤维素胶采用羧甲基纤维素钠，所述离子型聚丙烯酸采用PAA混合物。


4.根据权利要求1所述的一种锂电池用水性导电粘结剂，其特征在于，所述水性导电粘结剂还包括0.5～10质量份的辅助导电材料，所述辅助导电材料为石墨烯、气相生长炭纤维、特密高的导电炭黑、导电炭黑中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的一种锂电池用水性导电粘结剂，其特征在于，所述水性导电粘结剂还包括0.2～25重量份的导电聚合物，所述导电聚合物的电导率为100～250S/cm；所述导电聚合物为一价对阴离子、一价对阳离子中的一种或两种。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种锂电池用水性导电粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂为聚丙烯酸类、聚丙烯晴类、丁苯橡胶类、甲基纤维素类中的一种。


7.一种锂电池用水性导电粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按质量份取0.01～0.8份单壁碳纳米管、1～10份多壁碳纳米管，或按质量份取0.01～0.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巧，刘俊，岳敏，王伟华，
申请(专利权)人：宣城研一新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34