一种三元锂离子电池复合粘结剂及其制备方法技术

一种三元锂离子电池复合粘结剂，具体组分为聚偏氟乙烯、聚氧乙烯、氢化丁腈和相容剂溶液共混复合而成。其中组分的配比为，聚偏氟乙烯30

【技术实现步骤摘要】
一种三元锂离子电池复合粘结剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池生产制作
，具体涉及一种三元锂离子电池复合粘结剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比容量大、速率性能好、工作电压高、循环寿命长、安全性能好、环镜友好等优点。它们广泛应用于3C电子产品、电动汽车和新能源储能。随着社会发展的需求，经济性和综合性能表现更好的NMC锂离子电池越来越受到重视，NMC具有最低的自热率，良好的整体性能，并且在比能量方面表现出色，这种电池是电动车的首选。
[0003]锂离子电池中的电极一般有活性材料、粘结剂和导电剂组成，而电池的性能取决于电极的组成和成分，在锂离子电池的关键组成部分中，虽然粘结剂只占电极的很少的一部分，其用量占活性材料的5％～10％，但是它负责将活性材料和导电剂与集流体紧密连接，并稳定电极结构，因此在锂电池的制备过程中，粘结剂的类型和性能对电池的性能至关重要。
[0004]理想的锂离子电池的粘合剂应具有一些基本特性：(1)结合活性物质和导电剂的高结合能力；(2)对液体电解质的高耐腐蚀性；(3)良好的灵活性和粘度缓冲电放电电极体积变化；(4)其他环境友好、成本低等优点。
[0005]目前，聚偏氟乙烯(PVDF)由于其具有较高的化学、电化学和热稳定性被广泛应用于油溶性粘合剂的工业化生产中。但同时也存在价格昂贵、离子电导率低、粘附能力差、脱落及环境污染等问题，这些问题都严重影响了电极材料的电化学性能。因此，未来这种粘结剂的取代成为了一种趋势。目前，油溶性粘合剂工业应用的研究重点是PVDF的改性。主要的改性方法是共聚法和共混法。共聚法采用少量的第二和第三单体与偏氟乙烯(VDF)共聚，以提高PVDF的性能，但是共聚法工艺复杂，投入大，目前仍然未掌握PVDF的商用合成工艺，因此共聚改性不利于商业化应用。共混方法比共聚方法简单，但选择与浆料体系相匹配的聚合物是成功的关键。
[0006]氢化丁腈丁二烯橡胶(HNBR)是更具化学性质稳定性弹性体材料。HNBR还含有丙烯腈单元，是丙烯腈和氢化丁二烯的共聚物，只含少量的不饱和双键，从而防止其在高电位下的氧化，并具有腈基类的高极化功能。并且，HNBR不含氟，可以为电极提供良好的灵活性。HNBR虽然具有胜于PVDF的优势，但是HNBR生胶分子链溶于电解质，韧性好但强度差，因此单一使用HNBR作为粘结剂时不行的。
[0007]聚氧化乙烯(PEO)是通过聚合环氧乙烷获得的分子量在100,000至11,000,000的高聚合度聚氧化乙烯。具有良好的粘接质量、离子电导率高、柔韧性高、成本低、加工性能优良、环境友好性等优点。可溶于各类有机溶剂，溶液在低浓度是也可以保持较高的粘度，有利于活性材料和碳材料在低浓度下也可以获得高的剪切力，便于分散。此外，PEO会与尿素、丙烯酸树脂和酚醛树脂等高极性化合物形成缔合分子。因此，PEO非常适合作为三元正极材料的多功能粘结剂。此外，20多年来，PEO一直被用作干锂聚合物电池的电解质主体和电极
粘合剂。但是PEO通常不用于锂离子电池的复合电极中，因为这种聚合物的电化学稳定性窗口相对于Li/Li+限于4V，这不适于高电压正极。因此，单一采用PEO用于NCM电池是有问题的。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术的不足，提出将具有高离子电导率的具有含氧基团高分子聚合物粘结剂、高柔性的含有腈基高分子聚合物粘结剂与传统粘结剂进行共混而提供一种与现有粘结剂相比具有环境污染小、韧性好、电化学稳定高的综合性能优越的三元锂离子电池复合粘结剂及其制备方法，具体技术方案如下：
[0009]一种三元锂离子电池复合粘结剂，具体组分为聚偏氟乙烯、聚氧乙烯、氢化丁腈和相容剂溶液共混复合而成。
[0010]作为优化：所述组分的配比为，聚偏氟乙烯30
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80份，聚氧乙烯：10
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30份，氢化丁腈：10
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40份，相容剂：2
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10份。
[0011]作为优化：所述聚偏氟乙烯分子量在500000
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1200000。聚偏氟乙烯PVDF是一种部分氟化的半结晶聚合物，具有优异的热机械和化学性能；它作为电极配方的粘结剂时，可为锂电池行业带来益处；且PVDF在锂离子全电压范围0
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5V内相对稳定的化学稳定性。但PVDF结晶度一般为50％左右，结晶熔融温度在140℃附近，因此，在使用温度下，电解液中的分子在晶区流通困难，充放电负荷大，且PVDF的收缩率与集流体的收缩率差异比较大，活性物质容易匆匆集流体上脱落。此外，PVDF粘结剂分子量在500000
‑
1200000，在一定分子量范围内，分子量的提高有助于粘结力和内聚力的提高对粘结性能影响也比较巨大，分子量太小，粘结强度低；分子量太大，容易形成凝胶，且不容易分散；因此优选分子量为800000
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110000，进一步优选分子量为900000
‑
1000000的PVDF。其分子结构如下：
[0012][0013]因此，为了提高锂离子电池的整体性能，需要对PVDF进行改性处理。
[0014]作为优化：所述氢化丁腈丙烯腈含量为15
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60％，门尼粘度20
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135，残余双键含量为0.5
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5.5％。针对氢化丁腈HNBR的选择，首选需要选择合适的丙烯腈含量，丙烯腈含量影响耐介质性能及溶解性能，且能与导电碳材料之间形成络合作用，HNBR丙烯腈含量从15
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60％，应用于粘结剂优选为30
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40％，进一步优选为33
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36％。其次合适门尼粘度(门尼粘度反应分子量)，HNBR门尼粘度20
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135，门尼过高，溶解困难，容易产生凝胶，门尼过低，力学性能差，因此应用于粘结剂优选为40
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100，进一步优选为60
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75。再者，对HNBR性能影响非常的一个重要指标为残余双键含量，残余双键会受到氧化，影响电化学稳定性，对于HNBR，残余双键含量为0.5
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5.5％，因此，对粘结剂优选残余双键含量为1.5％以下，进一步优选为1％以下。其分子结构如下：
[0015][0016]作为优化：所述聚氧乙烯分子量在200
‑
20000000。
[0017]聚乙烯氧化物PEO具有良好的粘接质量、离子电导率高、柔韧性高、成本低、加工性能优良、环境友好性等优点。PEO是一种非离子型水溶性高分子聚合物，溶于部分有机溶剂，分子量在100000
‑
11000000，但作为粘结剂时分子量过小，机械强度差，分子量过大，会产生絮凝，并且增加粘度。因此优选分子量为500000
‑
800000万，进一步优选分子量为900000
‑
1000000的PEO。
[0018]其分子结构如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元锂离子电池复合粘结剂，其特征在于：具体组分为聚偏氟乙烯、聚氧乙烯、氢化丁腈和相容剂溶液共混复合而成。2.根据权利要求1所述三元锂离子电池复合粘结剂，其特征在于：所述组分的配比为，聚偏氟乙烯30
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80份，聚氧乙烯：10
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30份，氢化丁腈：10
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40份，相容剂：2
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10份。3.根据权利要求1所述三元锂离子电池复合粘结剂，其特征在于：所述聚偏氟乙烯分子量在500000
‑
1200000。4.根据权利要求1所述三元锂离子电池复合粘结剂，其特征在于：所述氢化丁腈丙烯腈含量为15
‑
60％，门尼粘度20
‑
135，残余双键含量为0.5
‑
5.5％。5.根据权利要求1所述三元锂离子电池复合粘结剂，其特征在于：所述聚氧乙烯分子量在200
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20000000。6.根据权利要求1所述三元锂离子电池复合粘结剂，其特征在于：所述相容剂为为一种高度甲基醚化三聚氰胺甲醛树...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱国，庄秋月，
申请(专利权)人：重庆德强化工有限公司，
类型：发明
国别省市：