一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法技术方案

本发明专利技术提供一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法，包括如下步骤：步骤A:按物质的量的比为6‑9:1‑4分别称量聚偏氟乙烯(PVDF)和一种水性粘结剂，放置烧杯中；步骤B:在真空或气氛环境保护下，将烧杯放置在磁力搅拌机上，加入转子搅拌5‑10分钟；步骤C:将搅拌均匀的复合粉末取出即可。采用该方法制备的复合型粘结剂，可以将正极材料与导电炭黑等导电剂更好粘结在一起，形成导电网络和离子穿梭通道，同时能稳定离子在正极材料中穿梭引起的体积膨胀和收缩，可以显著提高电池的充放电循环稳定性特性，电池循环过程中的库伦效率高达99％，从而满足储能充电系统对电池长寿命的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法
本专利技术涉及电池粘结剂
，尤其涉及一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法。
技术介绍
为了有效保护生态环境，可循环绿色能源的锂离子电池被广泛应用于3C电子产品、电动汽车和新能源存储等领域中。在制备锂离子电池过程中，粘结剂对电池性能的好坏起到关键作用，这成为锂离子电池的重要辅助材料之一。通常在制备电极浆料过程中加入正极/负极活性材料约5％～10％比例的粘结剂用于极片的制备。有了粘结剂的加入便可以保证极片中的关键活性物质的均匀分散以及极片的机械完整性，以便电池中锂离子和电子的传输。同时粘结剂还必须保持活性物质颗粒与集电器之间的粘附力，以便可以被有机电解质润湿。粘结剂需具有良好的加工性能并且不容易燃烧，不仅耐电解液腐蚀还应具有稳定的电化学性能。随着时代的发展与进步，普通锂离子电池已经不能满足人们日常生活的基本需求，特别是储能充电系统电池要求采用大容量、长循环寿命、高功率密度、高工作电压、低自放电性能和环境友好等性能优异的锂离子电池。通过探索和开发新型粘结剂可以改善电池电化学性能。常规粘结剂虽然可以正常发挥电池的电化学性能，但是粘结剂会随着电化学反应的进行粘结强度降低，易在高温下分解导致副反应。因此常规的粘结剂制备方法制备出来的电池循环寿命差，而且首次放电比容量低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法，以解决长循环寿命下的电池粘结剂易分解不稳定以及电子导电率差等技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法，包括如下步骤：步骤A、按物质的量比为6-9:1-4分别称量聚偏氟乙烯(PVDF)和一种水性粘结剂，放置到烧杯中；步骤B、在真空或气氛环境保护下，将烧杯与空气中的水分隔绝，将所述烧杯放置在磁力搅拌机上，加入转子搅拌均匀得到复合粉；步骤C、将搅拌均匀的所述复合粉末取出即得。优选的，所述步骤A中水性粘结剂，采用聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚丙烯酰胺共二甲基氯化铵(AMAC)、联苯四甲酸二酐(BPDA)、双-[3-(乙烯氧基乙氧基)-2-羟丙基-]多硫化物(BVPS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸丁酯(PBA)、聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈-丙烯酸甲酯(AMMA)、聚(丙烯酸叔丁酯-三乙氧基乙烯基硅烷)(TBATEVS)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚芘甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯腈(PAN)、环氧树脂、聚氨酯(PU)、PTFE、PMA、Nafion、PIB、PS、PVC中的任意一种。优选的，所述步骤B中，搅拌的时间为5-10分钟，搅拌的温度为25℃。优选的，所述步骤A中所述水性粘结剂为聚氧化乙烯(PEO)。优选的，所述步骤A中所述水性粘结剂为聚丙烯酸(PAA)。采用上述技术方案所取得的技术效果为：本专利技术采用以上技术方案，其优点在于，第一步采用水性粘结剂，是合成粘结剂的一种。合成粘结剂相较于天然粘结剂更有利于严格控制和固定粘结剂的组成，保证产品性能的一致性。第二步在真空或气氛环境保护下采用磁力搅拌机将两种粘结剂粉末混合均匀，通过转子均速搅拌能够将两种粉末混合均匀。真空或气氛环境保护可以隔绝粉末与空气中的水蒸气接触，防止粉末受潮。本专利技术采用共混法制备高性能复合型粘结剂。采用该方法后，由于正极片机械强度增加，电子导电连接位点增多，可显著提高电池可逆性能，库伦效率高达99％，延长电池循环寿命。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是实例1中复合型粘结剂制备的LiMn2O4正极片的X射线衍射图；图2是实例1中复合型粘结剂(b)制备的LiMn2O4正极与普通粘结剂(a)制备的SEM图；图3是实例1中复合型粘结剂与普通粘结剂分别制备的LiMn2O4正极在0.2C倍率下首次充放电曲线(a)、在0.2C倍率下150次充电和放电循环测试曲线(b)和电化学阻抗谱图(c-d)。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明：实施例1：一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法，包括如下步骤：A.将PVDF粘结剂和PEO按物质的量的比为7：3分别称量两种粘结剂粉末，放置烧杯中；B.在真空或气氛环境保护下，将烧杯放置在磁力搅拌机上，加入洗净干燥的转子在25℃均匀搅拌5分钟得复合粉末；C.将搅拌均匀的复合粉末取出后即得。利用上述步骤制得的高性能复合型粘结剂可进一步组装成电池，方法为：将正极材料LiMn2O4、复合粉末和导电炭黑按物质的量之比8:1:1混合制备正极浆料。将所得正极浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，涂覆好的铝箔在80℃的真空烘箱中干燥12小时得正极极片，待干燥后将正极极片裁剪成电池所需尺寸；在充满氩气的手套箱中，将正极极片、组分为1mol/L的LiPF6+EC/EMC/DMC(体积比为1:1:1)的混合溶剂电解质和锂片组装成CR2016型扣式电池。通过PVDF与PEO共混，可以使得电池组装中PVDF的用量减少的同时依旧保持合适的分子量。从图1中使用PVDF/PEO复合型粘结剂制备的LiMn2O4正极片可以看出，PEO的低结晶度没有影响到LiMn2O4的晶体结构，其与PVDF都很好的地溶解在NMP里面。PEO的加入未影响LiMn2O4的导电性。使用PVDF粘结剂和PVDF/PEO复合型粘结剂制备出来的LiMn2O4正极，其SEM图如图2所示。LiMn2O4活性材料均匀地涂覆在集流体上，由于极片放置真空干燥箱中干燥后溶剂蒸发使得极片表面出现微孔。由于PEO的加入连接了极片的微结构，从而增加了极片的导电性。在室温下，将CR2016型扣式电池放置在新威电池测试仪器上，对电池进行电化学性能测试，结果如图3所示。将充电和放电电流密度设定为0.2C，充放电截止电压分别为4.3V和3V。从图3(a)可以看出，使用PVDF/PEO复合型粘结剂制备的LiMn2O4电池首次放电比容量为112mAh/g，而使用PVDF粘结剂制备的LiMn2O4电池首次放电比容量仅为93.7mAh/g。使用复合型粘结剂电池的电压平台间隙较小，说明电池的电化学反应过程中产生的电池极化较小，更利于电池的可逆反应。这一点也可以从图3(b)中证实，经过150圈充放电循环后，复合型粘结剂电池的容量还有88mAh/g高于普通粘结剂电池的66mAh/g，并且99％的库伦效率高于普通粘结剂电池的96％。随着电池循环次数的增加粘结剂的粘结强度降低。正极的活性物质脱落严重导致电池内阻急剧增加，导致电池的循环比容量快速衰减。这说明了PVDF/PEO复合型粘结剂可以为电池提供更优良的充放电循环性能。在图3(c)中普本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤A、按物质的量比为6-9:1-4分别称量聚偏氟乙烯(PVDF)和一种水性粘结剂，放置到烧杯中；/n步骤B、在真空或气氛环境保护下，将烧杯与空气中的水分隔绝，将所述烧杯放置在磁力搅拌机上，加入转子搅拌均匀得到复合粉；/n步骤C、将搅拌均匀的所述复合粉末取出即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、按物质的量比为6-9:1-4分别称量聚偏氟乙烯(PVDF)和一种水性粘结剂，放置到烧杯中；
步骤B、在真空或气氛环境保护下，将烧杯与空气中的水分隔绝，将所述烧杯放置在磁力搅拌机上，加入转子搅拌均匀得到复合粉；
步骤C、将搅拌均匀的所述复合粉末取出即得。


2.如权利要求1所述的一种储能充电系统电池用高性能复合型粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤A中水性粘结剂采用聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚丙烯酰胺共二甲基氯化铵(AMAC)、联苯四甲酸二酐(BPDA)、双-[3-(乙烯氧基乙氧基)-2-羟丙基-]多硫化物(BVPS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸丁酯(PBA)、聚酰胺(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴希，梁兴华，蓝凌霄，王镇江，张彦会，李锁，徐静，姜兴涛，李鑫旗，盖琪欣，黄高华，胡广权，覃富杰，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45