一种锂电池粘结剂、锂电池极片及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂电池粘结剂、锂电池极片及其制备方法，所述锂电池粘结剂包括A组分和B组分，所述A组分为含有羟基或酯基的配体，所述B组分为含有—COO

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池粘结剂、锂电池极片及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种锂电池粘结剂、锂电池极片及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于储能市场的需求不断增长，人们需要更先进的锂离子电池(LIBs)来实现高能量密度和低成本的目标。作为LIBs的重要组成部分，正极材料的性能在很大程度上决定了整个电池系统的电化学性能。LiNi
0.5
Mn
1.5
O4(LNMO)尖晶石作为LIB阴极材料，由于其高工作电压(～4.7VvsLi/Li+)和更高的理论能量密度(
‑
1.2倍于常用LiCoO2)而备受各界关注。但是LNMO电极的电解液在工作电压超过4.5V时，会在电极表面发生剧烈的分解，从而破坏SEI膜，造成电池循环性能的急剧衰退，电解液的分解同时也会导致很多副反应的发生，最为典型的是LNMO中的Mn/Ni离子会随着反应不断溶出，使得材料的结构发生坍塌。与此同时过渡金属离子还会迁移至负极破坏SEI，造成活性锂的损失。并且产生的痕量水会与LiPF6反应产生HF，HF会攻击LNMO的结构,这一反应加剧了过渡金属离子的溶出。
[0003]作为锂离子电池中的关键材料，粘结剂通常只占电极质量的5％左右，但在电极中起到至关重要的作用。粘结剂将活性材料和导电粒子粘附到集流体上，为电极提供相互连接的结构和机械强度，高性能的粘接剂可以通过形成稳定的界面钝化层稳定LNMO的结构和CEI层，确保电极在循环过程中良好的电子导电性，对性能的优化有着显著的贡献，能够很大程度延长电池的寿命。总而言之，高粘结强度、高导电性和低添加量的水性粘结剂是未来的发展趋势。
[0004]传统商用粘结剂PVDF具有良好的导离子性能和分散性能，然而它只能与活性材料和集流体通过范德华力形成弱相互作用。此外，PVDF中C
‑
F键限制了进一步功能化的潜力，并抑制了与外界物质的强相互作用。更为重要的是，PVDF粘结剂溶解在NMP中，NMP价格昂贵且会对环境造成污染。因此在高压正极上的应用存在一定的局限性。
[0005]因此，寻找和开发新型且价格低廉、绿色环保的高性能粘结剂对下一代高性能锂离子电池具有极其重要的意义。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种锂电池粘结剂及其制备方法和锂电池极片。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种锂电池粘结剂，其特征在于，所述锂电池粘结剂包括A组分和B组分，所述A组分为含有羟基或酯基的配体，所述B组分为含有—COO
－
的聚合物。
[0009]进一步地，所述A组分为单宁酸、植酸、多巴胺或木聚糖。
[0010]进一步地，所述B组分为海藻酸钠、瓜尔胶、聚丙烯酸锂(PAA
‑
Li)或羧甲基纤维素(CMC)。
[0011]进一步地，所述锂电池粘结剂包括如下重量份的组分：A组分1.7～4份、B组分1～3.3份。
[0012]一种锂电池极片，所述锂电池极片的组分中包括正极活性材料、导电剂和上述锂电池粘结剂，
[0013]进一步地，所述正极活性材料、导电剂和锂电池粘结剂的质量比为(4～7):(0.3～0.6):0.5。
[0014]本专利技术的锂电池极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0015](3)将A组分和B组分溶于水中，加热搅拌直至溶解，即得到锂电池粘结剂溶液；
[0016](4)将正极活性材料与导电剂置于玛瑙研钵中研磨均匀，接着与步骤(1)的锂电池粘结剂溶液于球磨机内充分研磨确保完全混合均匀，接着将得到的均匀浆料涂敷在干净的基质上，干燥，得到所述锂电池极片。
[0017]进一步地，所述正极活性材料为镍锰酸锂(LiNi
0.5
Mn
1.5
O4)、钴酸锂(LiCoO2)或锰酸锂(LiMn2O4)。
[0018]进一步地，所述导电剂为石墨、乙炔黑或炭黑。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)研究发现，由于Ni、Mn等元素容易溶解于电解液中，电池循环稳定性不佳，亟需深入了解LNMO正极的电化学特征并对其进行改性以抑制过渡金属离子的溶出问题。通过在LNMO表面构建钝化层减少电解液与电极材料的接触，是解决上述问题的良好方法，一些新型粘结剂除了具有粘合电极组分的功能之外，还能够形成稳定的钝化层，有望解决LNMO的问题，进一步推动LNMO电池在商业中的应用。本专利技术将含有羟基或酯基的配体的A组分和含有—COO
－
的聚合物的B组分进行热交联，制备得到了复合粘结剂，将其应用在LNMO电极中，复合粘结剂上的羧酸锂基元与正极活性材料和集电极具有良好的附着力，并且可以补充活性锂。该具有螯合过度金属的电极具有良好的电化学性能归因于本专利技术复合粘合剂独特的双重功能：通过在LNMO颗粒表面产生稳定的CEI层，清除电解液分解产生的烷基自由基和螯合溶出的过度金属Mn从而达到抑制电解液分解的作用。本专利技术复合粘结剂为LNMO电极提供了更稳定的循环性能和倍率性能。
[0021]传统的LNMO、钴酸锂和三元氧化物电极在电压超过4.7V时电解液会发生分解，而使用本专利技术的复合粘结剂后在同一条件下电极仍然保持完整，具有相对均匀的表面，循环后的电极显示，本专利技术的复合粘结剂依然能够很好的包覆在活性物质颗粒上，这极大的缓解了由于高压产生的副反应导致活性物质颗粒的破裂，从而说明了本专利技术的复合粘结剂能够保持电极良好的循环稳定性。
[0022](2)相对传统粘结剂PVDF而言，本专利技术的复合粘结剂在各方面都表现出更好的性能，虽然其容量保持率还没有凸显出更好的优势，但是本专利技术采用无毒对环境友好的水性粘结剂应用于LNMO电极中，不仅能够清除电解液分解产生的烷基自由基，并且螯合溶出的过度金属锰和镍，从而达到抑制电解液分解的效果。在一定程度提升电化学稳定性。
[0023](3)本专利技术的复合粘结剂制备工艺简单，原料大部分来源于天然物质，成本低廉，环境友好，适合进一步推广使用。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1制备得到的电池充放电循环测试图；
[0025]图2是本专利技术实施例2制备得到的电池充放电循环测试图；
[0026]图3是本专利技术实施例3制备得到的电池充放电循环测试图；
[0027]图4是本专利技术实施例4制备得到的电池充放电循环测试图；
[0028]图5是不同粘结剂在1C电流下的循环性能；
[0029]图6是不同粘结剂在5C电流下的循环性能；
[0030]图7是不同粘结剂在10C电流下的循环性能。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池粘结剂，其特征在于，所述锂电池粘结剂包括A组分和B组分，所述A组分为含有羟基或酯基的配体，所述B组分为含有—COO
－
的聚合物。2.根据权利要求1所述的锂电池粘结剂，其特征在于，所述A组分为单宁酸、植酸、多巴胺或木聚糖。3.根据权利要求1所述的锂电池粘结剂，其特征在于，所述B组分为海藻酸钠、瓜尔胶、PAA
‑
Li或CMC。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的锂电池粘结剂，其特征在于，所述锂电池粘结剂包括如下重量份的组分：A组分1.7～4份、B组分1～3.3份。5.一种锂电池极片，其特征在于，所述锂电池极片的组分中包括正极活性材料、导电剂和如权利要求1
‑
4任一所述锂电池粘结剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏静，聂一鸣，文衍宣，慎洋，胡钰珺，杨雅姿，邓媛，杨斐婷，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：