改性cmc及其凝膠電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池，特別涉及一種改性CMC及其凝膠電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 水系負(fù)極電池的優(yōu)點(diǎn)：（1)使用水做溶劑，成本低、污染小。（2)水系負(fù)極粘結(jié)劑 (CMC和SBR)電阻大于油系粘結(jié)劑（PVDF)，因此在由短路引起的安全問(wèn)題上，如重物沖擊、 針刺等，水系負(fù)極表現(xiàn)出比油系負(fù)極更高的安全性能。
[0003] 凝膠電池的優(yōu)點(diǎn)：（1)凝膠電池將極片和隔膜粘到一起，使極片和隔膜間的界面 更加貼緊、均勻，鋰離子傳遞路徑更加順暢；使電解液分布非常均勻，電解液在電池不同區(qū) 域的消耗也更為平均，因此電性能，尤其是循環(huán)性能的一致性表現(xiàn)優(yōu)異。（2)由于凝膠層保 液性能好，因此凝膠電池幾乎不需要游離電解液用于維持循環(huán)，相比液態(tài)電池，漏液風(fēng)險(xiǎn)非 常小。（3)凝膠電池比液態(tài)電池硬度高，更加便于后期組裝加工。
[0004] 凝膠電池的制作工藝主要包括熱冷壓復(fù)合（專利申請(qǐng)200910043615. 1)、現(xiàn)場(chǎng)聚 合（專利申請(qǐng)201010591709. 5)、凝膠電解液涂覆（專利申請(qǐng)01111388.X)三種。熱冷壓復(fù) 合技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備、環(huán)境投入小，制造效率高，在國(guó)內(nèi)得到最廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)化的制造 方式是：將P(VDF-HFP)的溶液涂覆于隔離膜上烘干后得到聚合物涂層隔離膜；再按常規(guī)方 式將極片和隔離膜組裝、注液；然后對(duì)電池?zé)崂鋲?，將隔膜和極片粘到一起。
[0005] 將凝膠電池技術(shù)應(yīng)用于水系電池，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的研宄和實(shí)踐意義。
[0006] 但隔膜上的P(VDF-HFP)涂層，與極片里的粘結(jié)劑PVDF化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)相近，熱冷 壓后粘結(jié)效果最好，因此P(VDF-HFP)涂層隔膜最適用于油系電池體系。水系電池體系中的 負(fù)極粘結(jié)劑為CMC和SBR。CMC是羧甲基纖維素鈉，主要成分為C、H、0、Na;SBR是丁苯橡膠， 主要成分為C、H，還有微量的交聯(lián)劑S.P(VDF-HFP)與CMC和SBR幾乎沒有親和性，因此熱 冷壓后隔膜只與正極粘結(jié)，與負(fù)極不粘。
[0007] 這就造成了以下隱患：（1)隔膜與負(fù)極間不粘結(jié)，更容易聚集充放電產(chǎn)生的氣體， 造成電性能下降；(2)隔膜與負(fù)極不粘結(jié)，電解液在隔膜和負(fù)極間容易分布不均，造成電性 能下降；（3)電芯硬度變低、批次間硬度一致性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：（1)提供一種改性CMC， 該改性CMC與P(VDF-HFP)的親和性較強(qiáng)，在熱冷壓后就能發(fā)生粘結(jié)。（2)提供使用該改性 CMC的凝膠電池。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0010] 本發(fā)明提供改性CMC用于改善水系凝膠電池負(fù)極和隔膜的粘結(jié)強(qiáng)度的用途；其中 該改性CMC為：CMC1、CMC2或CMC3 ;該CMC1、CMC2、CMC3化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 改性CMC用于改善水系凝膠電池負(fù)極和隔膜的粘結(jié)強(qiáng)度的用途；其特征在于；其中 該改性CMC為：CMC1、CMC2或CMC3 ;該CMC1、CMC2、CMC3化學(xué)結(jié)構(gòu)如下；
n = 500-2000。
2. -種改性CMC,其特征在于；該改性CMC為：CMCUCMC2或CMC3 ;該CMC1、CMC2、CMC3 化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：

n = 500一2000〇
3. -種凝膠電池，其特征在于；該凝膠電池包含正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述負(fù)極 的制備中，所用到的粘結(jié)劑為權(quán)利要求2所述改性CMC與SBR的組合，溶劑為去離子水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述凝膠電池，其特征在于；該凝膠電池所用到的原料為： ① 正極 金屬集流體，如侶巧； 正極活性材料：裡過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物；質(zhì)量占正極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑=者總 質(zhì)量的90%-97%;所述裡過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物為L(zhǎng)iMx0y或者是LiMxP04，M通常是一種或 幾種過(guò)渡金屬的組合； 導(dǎo)電劑；炭黑或?qū)щ娛械囊环N或兩種； 粘結(jié)劑；PVDF ; 溶劑：NMP ; ② 負(fù)極 金屬集流體，如銅巧； 負(fù)極活性材料；裡合金、碳、石油焦、活性炭、石墨、碳纖維或碳納米管中的一種或兩種 W上的組合；質(zhì)量占負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑S者總質(zhì)量的90% -97% ; 導(dǎo)電劑；炭黑或?qū)щ娛械囊环N或兩種； 粘結(jié)劑：改性CMC與SBR的組合； 溶劑；去離子水； ⑨隔膜 聚締姪基底、P(VDF-HF巧涂層微孔隔膜； ④電解液 電解液溶劑；所述電解液溶劑為碳酸己締醋巧C)、碳酸丙締醋（PC)、碳酸了締醋、a-了 內(nèi)醋、0-戊內(nèi)醋、碳酸二甲醋值MC)、碳酸二己醋值EC)、碳酸甲己醋（EMC)、二己氧基己燒、 1，3-二氧戊燒中兩種或兩種W上的組合； 電解液裡鹽；LiPFe、LiBF4、LiCl〇4、LiBOB、LiN (CF3SO2) 2、Li (CF3SO2) 3中的一種或兩種 W
上的組合； 成膜添加劑；碳酸亞己締醋（VC)和亞硫酸丙締醋（P巧中的一種或二者的組合。
5. 權(quán)利要求4所述凝膠電池的制備方法，其特征在于；包括如下步驟： ①將正負(fù)極片與隔膜卷繞成電巧，封裝于侶塑膜內(nèi)；②在真空條件下，將電解液注入侶 塑膜內(nèi)并封口；⑨常溫靜置24小時(shí)W便于電解液浸潤(rùn)極片和隔膜；④電池?zé)崂鋲?，?shí)現(xiàn)復(fù) 厶 口 〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述凝膠電池的制備方法，其特征在于；所述熱冷壓參數(shù)為；熱壓 70-10(TC，0. 5-1. 5MPa，2-lOmin ;冷壓 0-4(TC，0. 1-1. 5MPa，1-lOmin。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述凝膠電池的制備方法，其特征在于：熱壓溫度為90-100°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述凝膠電池的制備方法，其特征在于：熱壓溫度為90°C。
【專利摘要】本發(fā)明涉及改性CMC及其凝膠電池，本發(fā)明提供了改性CMC用于改善水系凝膠電池負(fù)極和隔膜的粘結(jié)強(qiáng)度的用途；本發(fā)明提供的凝膠電池包含正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述負(fù)極的制備中，所用到的粘結(jié)劑為改性CMC與SBR的組合，溶劑為去離子水。本發(fā)明將凝膠電池技術(shù)應(yīng)用于水系電池，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的研究和實(shí)踐意義。本發(fā)明的改性CMC與隔膜的P(VDF-HFP)涂層親和性好，使用熱冷壓即可將水性負(fù)極與隔膜強(qiáng)力粘結(jié)，制作工藝簡(jiǎn)單、電池性能優(yōu)異。
【IPC分類】H01M4-62, H01M10-0565, H01M10-058
【公開號(hào)】CN104600318
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510061226
【發(fā)明人】張?jiān)匠? 曹建坤, 高秀玲, 王立仕
【申請(qǐng)人】天津市捷威動(dòng)力工業(yè)有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日