一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将羧甲基纤维素盐和溶剂混合，避光进行一次搅拌后加入强酸溶液得到混合溶液；(2)将混合溶液升温后加入柔性材料和催化剂进行二次搅拌；(3)对二次搅拌后的混合溶液进行升温处理后进行三次搅拌，降温后得到所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂，本发明专利技术所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂中掺杂元素如P或S的加入可以提高其导电性能和循环性能，通过断开CMC中

【技术实现步骤摘要】
一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在锂电池中，负极粘结剂的主要作用是连接集流体、导电成分和活性成分，虽然用量极少，但是对锂离子电池性能有重大影响。锂电池负极粘结剂的性能要求主要有：(1)具有较大的电池容量，循环寿命和较低的内阻；(2)取代度均匀且粘度稳定，提供稳定的粘度和附着力；(3)纯度高，金属离子含量低；(4)与其他材料(如SBR)具有良好的相容性等。
[0003]目前市面上使用的负极粘结剂主要是羧甲基纤维素钠盐(CMC产品)，但是由于CMC只能对水向体系起到增稠作用，长期使用后容易导致浆料粘度下降的，且CMC防腐效果差，无法与高价金属离子共存，这导致CMC的应用收到极大限制，主要体现在(1)CMC较脆，在压片、分切过程中容易出现坍塌甚至掉粉的情况；(2)CMC收到电极材料配比、Ph值的影响较大，在充放电过程中极片可能会裂开，影响电池的安全性。
[0004]CN110504421A公开了一种锂离子电池负极用粘结剂及负极浆料，该粘结剂包括如下质量份数组分：羧甲基纤维素钠46
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50份、丁苯橡胶43
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47份、成膜添加剂2
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5份；成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸亚乙酯、亚硫酸乙烯脂、亚硫酸丙烯脂、碳酸二乙酯、二甲基亚硫酸脂、二乙基亚硫酸脂、1,2
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三氟乙酸基乙烷中的一种或几种。
[0005]CN106571469A公开了一种锂离子电池用负极浆料粘结剂，其由聚乙烯醇、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和粘结剂添加剂等原料制得，其中粘结剂添加剂由聚偏氟乙烯、科琴黑和聚丙烯酸甲酯制得。
[0006]上述方案所述粘结剂均通过添加多种添加剂来改善羧甲基纤维素的性能，但是这样容易出现在电池涂布、冷压过程中掉粉的现象，同时制得电池的循环性能和导电性能也会受到明显影响，限制其在实际中的应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂及其制备方法和应用，本专利技术所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂中掺杂元素如P或S的加入可以提高其导电性能和循环性能，通过断开CMC中
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键，接枝柔性材料，使得刚性环状基团链段柔韧性得到改善，有利于改善CMC的脆性，在电池涂布、冷压过程中，避免出现掉粉的现象。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将羧甲基纤维素盐(CMC盐)和溶剂混合，避光进行一次搅拌后加入强酸溶液得到混合溶液；
[0011](2)将步骤(1)得到的混合溶液升温后加入柔性材料和催化剂进行二次搅拌；
[0012](3)对步骤(2)二次搅拌后的混合溶液进行升温处理后进行三次搅拌，降温后得到所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂。
[0013]本专利技术所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂利用羧甲基纤维素盐、柔性材料和催化剂为主要原材料，采用缩合聚合反应成功制备了一种柔性高分子材料。一方面，由于CMC中掺杂了S或P等元素，导致CMC晶格出现缺陷，降低了Li
+
的扩散势垒，扩宽了离子扩散通道，增加了锂离子电池的导电性能及循环性能；另一方面，接枝柔性材料有利于改善CMC的脆性，在电池涂布、冷压过程中，避免出现掉粉的现象。
[0014]优选地，步骤(1)所述羧甲基纤维素盐包括羧甲基纤维素锂、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述溶剂包括乙醇水溶液和/或丙酮。
[0016]优选地，所述一次搅拌的气氛包括氮气。
[0017]优选地，所述一次搅拌的温度为40～60℃，例如：40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等。
[0018]优选地，步骤(1)所述强酸溶液包括浓氢碘酸和/或浓氢溴酸。
[0019]优选地，步骤(2)所述柔性材料包括三羟甲基氧化膦、亚硫酸二甲酯、三羟甲基氧化膦或乙基磺酸中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]优选地，所述催化剂包括二茂铁二甲酸二甲酯和/或对甲基苯磺酸。
[0021]优选地，所述羧甲基纤维素盐、柔性材料和催化剂的质量比为(50～70):(40～60):(1～1.5)，例如：50:45:1、55:40:1.2、60:50:1.3、65:55:1.4或70:60:1.5等。
[0022]优选地，步骤(2)所述二次搅拌的温度为70～80℃，例如：70℃、72℃、75℃、78℃或80℃等。
[0023]优选地，所述二次搅拌的时间为2～3h，例如：2h、2.2h、2.5h、2.8h或3h等。
[0024]优选地，步骤(3)所述三次搅拌的温度为90～110℃，例如：90℃、95℃、100℃、105℃或110℃等。
[0025]优选地，所述三次搅拌的时间为5～8h，例如：5h、5.5h、6h、7h或8h等。
[0026]优选地，所述降温的温度为室温。
[0027]第二方面，本专利技术提供了一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂，所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂通过如第一方面所述方法制得。
[0028]本专利技术所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂1、由于CMC中掺杂了S、P等元素，导致CMC晶格出现缺陷，降低了Li
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的扩散势垒，扩宽了离子扩散通道，增加了锂离子电池的导电性能及循环性能，通过断开CMC中
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C
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O
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C
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键，接枝柔性材料，使得刚性环状基团链段柔韧性得到改善，有利于改善CMC的脆性，在电池涂布、冷压过程中，避免出现掉粉的现象
[0029]第三方面，本专利技术提供了一种负极极片，所述负极极片包含如第二方面所述的改性羧甲基纤维素盐粘结剂。
[0030]第四方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含如第三方面所述的负极极片。
[0031]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0032](1)本专利技术所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂CMC中掺杂了S或P等元素，导致CMC晶格出现缺陷，降低了Li+的扩散势垒，扩宽了离子扩散通道，增加了锂离子电池的导电性能及循环性能，所述粘结剂的粘结力得到明显提升，可以在电池涂布、冷压过程中，避免出现
掉粉的现象。
[0033](2)本专利技术所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂用于负极粘结剂后，与市售普通CMC相比，正面剥离力由0.219N提升为0.253N，反面剥离力有0.214N提升为0.248N，粘结力得到明显提升。
附图说明
[0034]图1是实施例1和对比例2所述粘结剂制得负极片剥离力的对比图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性羧甲基纤维素盐粘结剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将羧甲基纤维素盐和溶剂混合，避光进行一次搅拌后加入强酸溶液得到混合溶液；(2)将步骤(1)得到的混合溶液升温后加入柔性材料和催化剂进行二次搅拌；(3)对步骤(2)二次搅拌后的混合溶液进行升温处理后进行三次搅拌，降温后得到所述改性羧甲基纤维素盐粘结剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述羧甲基纤维素盐包括羧甲基纤维素锂、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述溶剂包括乙醇水溶液和/或丙酮；优选地，所述一次搅拌的气氛包括氮气；优选地，所述一次搅拌的温度为40～60℃。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述强酸溶液包括浓氢碘酸和/或浓氢溴酸。4.如权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述柔性材料包括三羟甲基氧化膦、亚硫酸二甲酯、三羟甲基氧化膦或乙基磺酸中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：文轩，周志行，杨倩，张林，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：