一種導(dǎo)電粘結(jié)劑及一種鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源鋰電池領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)電粘結(jié)劑及一種鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能手機(jī)和筆記本電腦等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及，電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)摩托 車(chē)等電動(dòng)交通工具的推廣，以及無(wú)人機(jī)和太空探測(cè)器等航空航天技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電 池性能面臨著更高的發(fā)展要求，而體積小，能量密度高已成為高性能鋰離子電池的研宄方 向·
[0003] 由于高能量型鋰離子電池在先進(jìn)信息處理終端.設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)等重要戰(zhàn)略領(lǐng) 域里至關(guān)重要，倍受人們的關(guān)注盡管目前已商品化的鋰離子電池的能量密度已達(dá)到150~ 200W h/kg,但傳統(tǒng)鋰離子電池粘結(jié)劑的缺點(diǎn)：
[0004] 1.只具備物理粘結(jié)性能；
[0005] 2.只作為一種粘結(jié)組分，不具備充放電特性；
[0006] 3.固定正負(fù)極重量的前提下，粘結(jié)劑只作為輔料參與組成電池電極，所占重量百 分比越高，相應(yīng)正負(fù)極活性材料會(huì)相應(yīng)減少，降低鋰離子電池的比容量；
[0007] 4.粘結(jié)劑本身不具備導(dǎo)電性能，需要額外添加導(dǎo)電添加劑。
[0008] 導(dǎo)電共軛聚合物作為一種新型的功能材料，其電磁光等特性，決定其在不同領(lǐng)域 的應(yīng)用，并且通過(guò)對(duì)其摻雜電導(dǎo)率急劇提高，可增加幾個(gè)甚至幾十個(gè)數(shù)量級(jí)，由于共軛導(dǎo)電 聚合物同時(shí)具有聚合物、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體的特性，具有巨大的潛在商業(yè)應(yīng)用前景，其 中聚對(duì)苯撐乙烯和聚對(duì)苯撐乙炔及其衍生物，具有良好的電子流動(dòng)性，雖然其本身溶解性 差，但可以通過(guò)引入長(zhǎng)鏈柔性基團(tuán)，如烷基和烷氧基，來(lái)提高聚合物在有機(jī)溶劑中的溶劑 性。經(jīng)摻雜的導(dǎo)電共軛導(dǎo)電聚合物有氧化-還原催化功能，基本原理就是導(dǎo)電共軛聚合物 自身的得失電子，本身存在的電勢(shì)差，導(dǎo)電共軛聚合物作為鋰電池粘結(jié)劑中的主要成分，在 不增加活性物質(zhì)的前提下，聚合物自身的氧化還原充放電可以作為活性物質(zhì)，提高電池的 循環(huán)容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種具備充放電功能的粘結(jié)劑和高容量的鋰離子電池。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0011] -種導(dǎo)電粘結(jié)劑，包括：常規(guī)粘結(jié)劑、導(dǎo)電共軛聚合物、摻雜劑和有機(jī)溶劑，其重量 百分比為：常規(guī)粘結(jié)劑0. 5-5% ;導(dǎo)電共軛聚合物0. 5-5% ;摻雜劑0. 001-2% ;有機(jī)溶劑 89-98 %〇
[0012] 所述常規(guī)粘結(jié)劑為鋰離子電池傳統(tǒng)用粘結(jié)劑PVDF和PTFE -種及以上。
[0013] 所述導(dǎo)電共軛聚合物為聚對(duì)苯撐乙烯和聚對(duì)苯撐乙炔及其衍生物任一種及以上。
[0014] 所述摻雜劑為含有十二烷基苯磺酸的長(zhǎng)鏈柔性基團(tuán)的化合物。
[0015] 所述有機(jī)溶劑為含有苯胺、噻吩、吡咯任一種的溶劑。
[0016] 所述導(dǎo)電共軛聚合物的制備方法為：以對(duì)苯撐乙烯或?qū)Ρ綋我胰矠樵希砑訐?雜劑于原料中，通過(guò)加入引發(fā)劑，在加熱條件下，發(fā)生聚合反應(yīng)，生成導(dǎo)電共軛聚合物聚對(duì) 苯撐乙烯或聚對(duì)苯撐乙炔。
[0017] 所述引發(fā)劑為硫代硫酸鹽的一種及以上。
[0018] -種鋰離子電池正極片，包括正極活性物質(zhì)和本發(fā)明所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑，制備方 法為：1、在溶劑中加入PVDF和PTFE -種或兩種混合的干燥粉末和導(dǎo)電共軛聚合物聚對(duì)苯 乙烯或聚對(duì)苯撐乙炔或兩種混合，其中PVDF和PTFE -種及以上的常規(guī)粘結(jié)劑和導(dǎo)電共軛 聚合物占粘結(jié)劑的重量比分別為〇. 1_5%、0. 1-10%，配制成4-8wt%的導(dǎo)電粘結(jié)劑溶液； 2、往粘結(jié)劑溶液中加入正極活性物質(zhì)混合100_300min，配制成固含量為65-75%的漿料， 以轉(zhuǎn)移涂布或擠壓涂布的方式制成正極片。
[0019] 所述粘結(jié)劑溶液和正極活性物質(zhì)的重量比為I : 1. 8-3。
[0020] 一種鋰離子電池，包括負(fù)極、隔膜、外殼、電解液以及本發(fā)明所述的正極片。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 1、本發(fā)明使用成熟的導(dǎo)電聚合物體系制備鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑；除具備粘結(jié) 性外，還具有電子導(dǎo)電性，而且導(dǎo)電粘結(jié)劑本身的氧化還原特性，既能發(fā)揮粘結(jié)的作用又能 在鋰離子電池正負(fù)極中起到導(dǎo)電的作用，從而在減少傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑的用量，還能提高鋰 離子電池的比容量。
[0023] 2、本發(fā)明以PVDF、PTFE等鋰離子電池傳統(tǒng)用粘結(jié)劑與具備導(dǎo)電特性的聚對(duì)苯撐 乙烯和聚對(duì)苯撐乙炔及其衍生物機(jī)械混合，通過(guò)十二烷基苯磺酸等長(zhǎng)鏈柔性基團(tuán)對(duì)導(dǎo)電共 軛聚合物的摻雜，使導(dǎo)電共軛聚合物摻雜后溶于有機(jī)溶劑中，作為粘結(jié)劑使用，可以利用傳 統(tǒng)工藝制程和設(shè)備制備鋰離子電池正極片和鋰離子電池，導(dǎo)電粘結(jié)劑鋰離子電池不需要改 變現(xiàn)有鋰離子電池的生產(chǎn)加工工藝，可以完全利用現(xiàn)有設(shè)備。
[0024] 3、本發(fā)明導(dǎo)電共軛聚合物摻雜過(guò)程中電子數(shù)目不發(fā)生改變，而是由摻雜的長(zhǎng)鏈柔 性基團(tuán)質(zhì)子酸分解產(chǎn)生氫離子和陰離子進(jìn)入主鏈，從而使導(dǎo)電共軛聚合物呈現(xiàn)有機(jī)溶液中 的可溶性。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方式。
[0026] 實(shí)施例1 :
[0027] 1、以對(duì)苯撐乙烯或?qū)Ρ綋我胰矠樵?，添加十二烷基苯磺酸于原料中，通過(guò)加入 引發(fā)劑（硫代硫酸鈉等），在加熱條件下，發(fā)生聚合反應(yīng)，生成導(dǎo)電共軛聚合物聚對(duì)苯撐乙 烯或聚對(duì)苯撐乙炔。
[0028] 2、以氮甲基吡咯烷酮（NMP)為溶劑，加入PVDF干燥粉末和導(dǎo)電共軛聚合物聚對(duì) 苯乙烯或聚對(duì)苯撐乙炔，其中PVDF和導(dǎo)電共軛聚合物作為粘結(jié)劑占粘結(jié)劑重量比分別為 0. 5%、0. 5%，配制成4-8wt%的導(dǎo)電粘結(jié)劑膠液；
[0029] 往導(dǎo)電粘結(jié)劑膠液中加入1. 8-3倍導(dǎo)電粘結(jié)劑膠液重量的正極活性物質(zhì)混合 12〇11^11，配制成固含量為65-75%的漿料；
[0030] 以轉(zhuǎn)移涂布或擠壓涂布的方式制成極片，經(jīng)分切、卷繞，再裝配成電池半成品，烘 烤、注液、活化、化成后即成帶電的實(shí)施例1的鋰離子電池。
[0031] 實(shí)施例2:
[0032] 1、以對(duì)苯撐乙烯或?qū)Ρ綋我胰矠樵?，添加十二烷基苯磺酸于原料中，通過(guò)加入 引發(fā)劑（硫代硫酸鈉等），在加熱條件下，發(fā)生聚合反應(yīng)，生成導(dǎo)電共軛聚合物聚對(duì)苯撐乙 烯或聚對(duì)苯撐乙炔。
[0033] 2、以氮甲基吡咯烷酮（NMP)為溶劑，加入PVDF干燥粉末和導(dǎo)電共軛聚合物聚對(duì) 苯乙烯或聚對(duì)苯撐乙炔，其中PVDF和導(dǎo)電共軛聚合物作為粘結(jié)劑占粘結(jié)劑重量比分別為 0. 5%、1. 5%，配制成4-8wt %的導(dǎo)電粘結(jié)劑膠液；
[0034] 往導(dǎo)電粘結(jié)劑膠液中加入粘結(jié)劑膠液1. 8-3倍導(dǎo)電粘結(jié)劑重量的正極活性物質(zhì) 混合240min，配制成固含量為65-75 %的漿料；
[0035] 以轉(zhuǎn)移涂布或擠壓涂布的方式制成極片，經(jīng)分切、卷繞，再裝配成電池半成品，烘 烤、注液、活化、化成后即成帶電的實(shí)施例2的鋰離子電池。
[0036] 對(duì)比例
[0037] 以氮甲基吡咯烷酮（NMP)為溶劑，加入PVDF干燥粉末，其中PVDF占正極粉末重量 比為0. 5-2% ;配制成4-8wt%的粘結(jié)劑膠液；
[0038] 往粘結(jié)劑膠液中加入1. 8-3倍粘結(jié)劑膠液重量的正極活性物質(zhì)240min，配制成固 含量為65-75 %的漿料；
[0039] 以轉(zhuǎn)移涂布或擠壓涂布的方式制成極片，經(jīng)分切、卷繞，再裝配成電池半成品，烘 烤、注液、活化、化成后即成帶電的對(duì)比實(shí)施例鋰離子電池。
[0040] 將實(shí)施例1、2和對(duì)比例1制備的鋰離子電池進(jìn)行內(nèi)阻、體積容量比以及循環(huán)性能 方面進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：
[0041]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種導(dǎo)電粘結(jié)劑，包括：常規(guī)粘結(jié)劑、導(dǎo)電共軛聚合物、摻雜劑和有機(jī)溶劑，其重 量百分比為：常規(guī)粘結(jié)劑0. 5-5% ;導(dǎo)電共軛聚合物0. 5-5% ;摻雜劑0. 001-2% ;有機(jī)溶劑 89-98%〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑，所述常規(guī)粘結(jié)劑為鋰離子電池傳統(tǒng)用粘結(jié)劑 PVDF和PTFE -種及以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑，所述導(dǎo)電共軛聚合物為聚對(duì)苯撐乙烯和聚對(duì)苯 撐乙炔及其衍生物任一種及以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑，所述摻雜劑為含有十二烷基苯磺酸的長(zhǎng)鏈柔性 基團(tuán)的化合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑，所述有機(jī)溶劑為含有苯胺、噻吩、吡咯任一種的 溶劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑，所述導(dǎo)電共軛聚合物的制備方法為：以對(duì)苯撐 乙烯或?qū)Ρ綋我胰矠樵希砑訐诫s劑于原料中，通過(guò)加入引發(fā)劑，在加熱條件下，發(fā)生聚 合反應(yīng)，生成導(dǎo)電共軛聚合物聚對(duì)苯撐乙烯或聚對(duì)苯撐乙炔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑，所述引發(fā)劑為硫代硫酸鹽的一種及以上。
8. -種鋰離子電池正極片，包括正極活性物質(zhì)和權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電粘結(jié) 劑，制備方法為：1、在溶劑中加入PVDF和PTFE -種或兩種混合的干燥粉末和導(dǎo)電共軛聚合 物聚對(duì)苯乙烯或聚對(duì)苯撐乙炔或兩種混合，其中PVDF和PTFE -種及以上的常規(guī)粘結(jié)劑和 導(dǎo)電共軛聚合物占粘結(jié)劑的重量比分別為〇. 1_5%、0. 1-10%，配制成4-8wt%的導(dǎo)電粘結(jié)劑 溶液；2、往粘結(jié)劑溶液中加入正極活性物質(zhì)混合100-300min，配制成固含量為65-75%的漿 料，以轉(zhuǎn)移涂布或擠壓涂布的方式制成正極片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池正極片，所述粘結(jié)劑溶液和正極活性物質(zhì)的重量 比為 I :1. 8-3。
10. -種鋰離子電池，包括負(fù)極、隔膜、外殼、電解液以及權(quán)利要求8-9任一項(xiàng)所述的正 極片。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種導(dǎo)電粘結(jié)劑及一種鋰離子電池，一種導(dǎo)電粘結(jié)劑，包括：常規(guī)粘結(jié)劑、導(dǎo)電共軛聚合物、摻雜劑和有機(jī)溶劑，其重量百分比為：常規(guī)粘結(jié)劑0.5-5%；導(dǎo)電共軛聚合物0.5-5%；摻雜劑0.001-2%；有機(jī)溶劑89-98%。本發(fā)明使用成熟的導(dǎo)電聚合物體系制備鋰離子電池用導(dǎo)電粘結(jié)劑；除具備粘結(jié)性外，還具有電子導(dǎo)電性，而且導(dǎo)電粘結(jié)劑本身的氧化還原特性，既能發(fā)揮粘結(jié)的作用又能在鋰離子電池正負(fù)極中起到導(dǎo)電的作用，從而在減少傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑的用量，還能提高鋰離子電池的比容量。
【IPC分類】C09J165-00, H01M10-0525, C09J127-18, H01M4-62, C08G61-02, C09J11-06, C09J127-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104861897
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510182332
【發(fā)明人】趙悠曼, 程建良
【申請(qǐng)人】東莞市創(chuàng)明電池技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日