一种含有粘结剂PAA2的负极极片、电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有粘结剂PAA2的负极极片、电池及制备方法，其涉及锂电池制造领域，其包括集流体和涂覆在集流体表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料、负极导电剂和添加剂；还包括粘结剂PAA2，所述粘结剂PAA2包含聚丙烯酸结构单元，粘结剂PAA2的分子量为80w～100w，所述粘结剂PAA2占总质量的比例为1％

The invention relates to a negative electrode sheet containing binder paa2, a battery and a preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种含有粘结剂PAA2的负极极片、电池及制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池制造
，尤其涉及一种含有粘结剂PAA2的负极极片、电池及制备方法。

技术介绍

[0002]硅基材料的克容量是目前最广泛应用的负极材料石墨的10倍左右，其超高的克容量非常适合用于高能量密度体系。且硅基材料具有原料易得的竞争优势，被认为是下一代最具有前景的负极材料，成为最受行业内关注和布局的热门领域。但硅负极材料的电导性较低、循环过程中体积膨胀大，巨大的体积膨胀导致负极颗粒出现破碎、滑移等现象，最终导致电极的粉化、容量降低、循环寿命降低等。这就阻碍了硅基负极材料在锂离子电池中的进一步应用。
[0003]粘结剂是锂离子电池的重要组成之一，主要作用是将活性材料、导颗粒粘结在在集流体上，使循环充放电过程中的电极结构维持相对完整，提高循环稳定性。虽然粘结剂的占比很少，但却是电极中力学性能的主要来源，对电极的生产工艺和电化学性能有着极其重要的作用。如果粘结剂的粘结力较弱，随着锂的嵌入和脱出，硅基材料会不停的膨胀收缩，巨大的体积变化容易导致部分颗粒与集流体分离，从而无法保持材料之间的电接触活性，导致锂离子电池首效偏低和容量衰减速度过快，影响高能量密度电池性能的实现。
[0004]在锂电池的粘结剂中，被广泛的有PVDF、CMC、PAN、SBR、PAA等。其中，聚丙烯酸(PAA)为水溶性的高分子聚合物，别名为丙烯酸均聚物，呈弱酸性，其具有溶胀小、充放电过程中电极片结构稳定、包覆相对较均匀；能够形成较为致密的膜，增加活性物质与集流体的接触面积，抗拉机械强度大，利于加工等优点。有研究表明PAA的羧基含量更高，更适用于含硅材料的负极。PAA不仅可与Si形成强氢键作用，而且能在Si表面形成类似SEI膜的包覆层，抑制电解液的分解，在Si电极材料方面的电化学性能较优。但羧基的亲水性较强，易与电芯中的残余水分反应，羧基也会与电解液中的LiPF6反应分解出PF5，影响其电化学性能。
[0005]PAA的分子量及改性对锂离子电池在充放电过程中的膨胀影响较大，其分子量过大或者过小都不利于极片膨胀。当分子量过小时，粘结强度不够格。而粘结剂的分子量过大时，其机械强度和粘结强度较高，但也会抑制电极中活性物质颗粒分布的均匀性，从而给电池的电化学性能带来负面影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供了一种含有粘结剂PAA2的负极极片、电池及制备方法，可以缓解硅基材料的体积膨胀，可有效提升电极的稳定性，抑制电极的膨胀，从而改善充放电过程中电池的厚度膨胀。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种负极极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料、负极导电剂和添加剂；还包括粘结剂PAA2，所述粘结剂PAA2包含聚丙烯酸结构单元，粘结剂PAA2的分子量为80w～100w，
所述粘结剂PAA2占总质量的比例为1％
‑
2.5％。
[0008]上述技术方案中，所述粘结剂还包含丁苯橡胶及其改性材料、苯丙乳液、聚丙烯酸酯共聚物中的至少一种，所述粘结剂占总质量的比例为1％～5％。
[0009]上述技术方案中，所述负极活性材料为碳基材料，所述碳基材料为石墨、碳纳米颗粒、石墨烯、硬碳中的至少一种。
[0010]上述技术方案中，所述负极活性材料为硅基材料，所述硅基材料为Si晶粒、硅氧化合物(SiOx)、纳米硅、微米硅、多孔硅中的至少一种。
[0011]上述技术方案中，所述硅基材料和粘结剂所占比例为8％～30％，其中硅基材料占比为5～30％。
[0012]上述技术方案中，所述负极活性材料包含硅基材料和碳基材料。
[0013]上述技术方案中，所述负极导电剂为石墨、导电碳黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
[0014]本技术方案还提供了一种负极极片的制备方法，用于制备权利要求1至7任一项所述的负极极片，包括如下步骤：
[0015]S1：将羧甲基纤维素钠与去离子水搅拌并制成均匀的胶液，后加入负极导电剂快速搅拌使其均匀的分散在上述胶液中；
[0016]S2：待负极导电剂均匀的分散在胶液中，再依次加入硅基材料、碳基材料、添加剂搅拌并使其充分混合，再加入粘结剂搅拌；
[0017]S3：待上述材料混合均匀后加去离子水调整粘度，接着对浆料进行抽真空；
[0018]S4：将上述负极浆料均匀涂覆在铜集流体表面，在95～100℃温度下，以3～5M的速度烘干；
[0019]S5：将烘干的极片在60～70吨的重量下进行辊压，将辊压过后的负极极片裁切成要求宽度。
[0020]本技术方案还提供了一种采用上述负极片的电池。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0022]10.本技术方案的负极极片采用的粘结剂PAA2包含聚丙烯酸结构单元，且分子量在80w～100W，其剥离力为0.6
±
0.1N，由于本技术方案的PAA2粘结剂的分子量控制范围更小，制成的负极极片的粘结力强度更高，在硅氧大幅膨胀时，更强的粘接性可抑制硅氧的膨胀，因此其循环膨胀更低；采用了粘结剂PAA2制成的负极极片的电池在常温下循环膨胀可改善约6.5％，高温循环膨胀可改善约5％。因此，使用分子量在80w～100W的PAA2，其粘结力强度更高，从而可以在一定程度上改善硅负极锂离子电池在长循环过程中的厚度膨胀。而且含有PAA2负极极片的全电池的动力学性能也有明显提升。
附图说明
[0023]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。
[0024]图1是粘结剂PAA1与粘结剂PAA2分别制成的极片后的TG、DSC测试图；
[0025]图2是粘结剂PAA1与粘结剂PAA2分别制成的极片后的FTIR测试图；
[0026]图3是粘结剂PAA1与粘结剂PAA2分别制成的极片的剥离力测试图；
[0027]图4是包含粘结剂PAA1的负极极片与包含粘结剂PAA2的负极极片分别制成的全电池在常温下的循环厚度膨胀的测试数据图；
[0028]图5是包含粘结剂PAA1的负极极片与包含粘结剂PAA2的负极极片分别制成的全电池在45℃下的循环厚度膨胀的测试数据图；
[0029]图6是包含粘结剂PAA1的负极极片与包含粘结剂PAA2的负极极片分别制成的全电池的EIS测试图；
[0030]图7是包含粘结剂PAA1的负极极片与包含粘结剂PAA2的负极极片分别制成的全电池的交流内阻测试数据图；
[0031]图8是为包含粘结剂PAA1的负极极片与包含粘结剂PAA2的负极极片分别制成的全电池的直流内阻测试数据图；
[0032]图9是PAA1胶膜的TG、DS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料、负极导电剂和添加剂；其特征在于，还包括粘结剂PAA2，所述粘结剂PAA2包含聚丙烯酸结构单元，粘结剂PAA2的分子量为80w～100w，所述粘结剂PAA2占总质量的比例为1％
‑
2.5％。2.根据权利要求1所述的一种负极极片，其特征在于，所述粘结剂还包含丁苯橡胶及其改性材料、苯丙乳液、聚丙烯酸酯共聚物中的至少一种，所述粘结剂占总质量的比例为1％～5％。3.根据权利要求1所述的一种负极极片，其特征在于，所述负极活性材料为碳基材料，所述碳基材料为石墨、碳纳米颗粒、石墨烯、硬碳中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种负极极片，其特征在于，所述负极活性材料为硅基材料，所述硅基材料为Si晶粒、硅氧化合物(SiOx)、纳米硅、微米硅、多孔硅中的至少一种。5.根据权利要求4所述的一种负极极片，其特征在于，所述硅基材料和粘结剂所占比例为8％～30％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程君，吴晓芬，糜裕宏，
申请(专利权)人：重庆市紫建新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：