一種鋰離子電池負(fù)極粘結(jié)劑、負(fù)極以及電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池負(fù)極粘結(jié)劑、負(fù)極以 及電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池由于其能量密度高、循環(huán)性能好而受到人們的關(guān)注，近20年來得到了 飛速的發(fā)展。目前，硅基負(fù)極材料由于理論比容量高（4200mAh/g)、來源豐富等優(yōu)點(diǎn)成為主 要的鋰離子電池負(fù)極材料。但是硅基負(fù)極材料在充放電過程中會(huì)發(fā)生巨大的體積變化，導(dǎo) 致材料結(jié)構(gòu)塌陷而引起的容量快速衰減，這一原因?qū)е鹿杌?fù)極材料的應(yīng)用受到了限制。 因此，需要采用粘結(jié)劑將硅基負(fù)極材料粘附在集流體上（例如銅箔），以穩(wěn)定極片結(jié)構(gòu)、緩 沖充放電過程中極片的膨脹/收縮。
[0003] 現(xiàn)有負(fù)極粘結(jié)劑的主要采用丁苯橡膠（SBR)。由于丁苯橡膠具有一定的彈性，因此 能夠在一定程度上抑制硅基負(fù)極材料在鋰離子電池充放電過程中的體積膨脹。但是丁苯橡 膠粘結(jié)能力較弱，并且在電池充放電過程中會(huì)發(fā)生碳-碳雙鍵降解，造成粘結(jié)劑失效。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題：現(xiàn)有的鋰 離子電池負(fù)極粘結(jié)劑不能很好地抑制硅基負(fù)極材料在充放電過程中的體積膨脹，導(dǎo)致鋰離 子電池的循環(huán)穩(wěn)定較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠有效抑制硅基負(fù)極材料在充放電 過程中的體積膨脹的鋰離子電池負(fù)極粘結(jié)劑。
[0006] 具體而言，包括以下的技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明第一方面提供一種鋰離子電池負(fù)極粘結(jié)劑，所述負(fù)極粘結(jié)劑包括海藻酸鹽 以及丁苯橡膠，所述海藻酸鹽與丁苯橡膠的重量比例為1:1~5:1。
[0008] 優(yōu)選地，所述海藻酸鹽與丁苯橡膠的重量比例為1:1~3:1。
[0009] 優(yōu)選地，所述海藻酸鹽的數(shù)均分子量為5萬~100萬。
[0010] 優(yōu)選地，所述海藻酸鹽的數(shù)均分子量為50萬~100萬。
[0011] 優(yōu)選地，所述海藻酸鹽的彈性模量為3GPa以上。
[0012] 優(yōu)選地，所述海藻酸鹽選自海藻酸鈉以及海藻酸鉀中的至少一種。
[0013] 優(yōu)選地，所述海藻酸鹽中鈣元素的含量在0. 3%以下。
[0014] 本發(fā)明第二方面提供一種鋰離子電池負(fù)極，所述鋰離子電池負(fù)極包括集流體以及 涂覆在所述集流體表面的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括硅基負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以及粘 結(jié)劑，其中，所述粘結(jié)劑為本發(fā)明第一方面的負(fù)極粘結(jié)劑。
[0015] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑選自導(dǎo)電炭黑、碳纖維、石墨烯以及碳納米管中的至少一種。
[0016] 優(yōu)選地，所述負(fù)極粘結(jié)劑占所述負(fù)極材料的重量比例為3%~10%。
[0017] 優(yōu)選地，所述硅基負(fù)極活性物質(zhì)占所述負(fù)極材料的重量比例為85%~95%。
[0018] 本發(fā)明第三方面提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括電池殼體、極芯以及 電解液，所述極芯和電解液密封在所述電池殼體內(nèi)部，所述極芯包括正極、負(fù)極以及位于所 述正極和負(fù)極之間的隔膜，其中，所述負(fù)極為本發(fā)明第二方面的負(fù)極。
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果：
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例對負(fù)極粘結(jié)劑的組分進(jìn)行改進(jìn)，在現(xiàn)有丁苯橡膠基礎(chǔ)上，加入海藻 酸鹽，并對丁苯橡膠和海藻酸鹽的比例進(jìn)行優(yōu)化。由于海藻酸鹽具有較高的彈性模量，并且 在電解液中浸泡后仍然能夠保持較高的模量，有利于抑制鋰離子電池充放電過程中Li +脫 嵌引起的負(fù)極材料的體積變化，進(jìn)而抑制由于負(fù)極材料體積變化而引起的鋰離子電池結(jié)構(gòu) 的破壞；同時(shí)，海藻酸鹽還能夠與硅基負(fù)極活性物質(zhì)中的硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成較強(qiáng)的化學(xué) 鍵，提高粘結(jié)劑的粘接能力，彌補(bǔ)丁苯橡膠粘結(jié)能力弱的不足，提高硅基負(fù)極活性物質(zhì)與負(fù) 極集流體之間的粘接作用，防止由于硅的體積變化而引起的負(fù)極活性物質(zhì)脫落。從而使包 括本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)極粘結(jié)劑的鋰離子電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.5C倍率下充放 電，循環(huán)200次后，容量保持率仍然能夠保持在90%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì) 描述。
[0022] 本發(fā)明第一方面提供一種鋰離子電池負(fù)極粘結(jié)劑，所述負(fù)極粘結(jié)劑包括海藻酸鹽 以及丁苯橡膠，所述海藻酸鹽與丁苯橡膠的重量比例為1:1~5:1。
[0023] 海藻酸鹽是一類天然多糖，其分子中具有羧基，是β-D-甘露糖醛酸的醛基以苷 鍵形成的高聚糖醛酸的鹽。海藻酸鹽具有較高的彈性模量，特別是在浸泡電解液后仍然能 夠保持較高的模量，并且海藻酸鹽能夠與硅基負(fù)極活性物質(zhì)中的硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成較 強(qiáng)的化學(xué)鍵。由于海藻酸鹽具有上述的性質(zhì)，發(fā)明人對現(xiàn)有的負(fù)極粘結(jié)劑進(jìn)行改進(jìn)，在現(xiàn)有 丁苯橡膠基礎(chǔ)上，加入海藻酸鹽，并對丁苯橡膠和海藻酸鹽的比例進(jìn)行優(yōu)化。由于海藻酸鹽 彈性模量高，有利于抑制Li +脫嵌過程中由于負(fù)極材料的體積變化而引起的電池結(jié)構(gòu)的破 壞，而且由于海藻酸鹽還能夠與硅基負(fù)極活性物質(zhì)中的硅發(fā)生反應(yīng)，提高硅基負(fù)極活性物 質(zhì)與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)作用，彌補(bǔ)丁苯橡膠粘結(jié)能力弱的不足，防止由于硅的體積變 化而引起的粘結(jié)劑失效，導(dǎo)致失效負(fù)極活性物質(zhì)脫落。綜合上述兩方面的原因，本發(fā)明實(shí)施 例提供的鋰離子電池負(fù)極粘結(jié)劑具有良好的粘結(jié)性能，能夠有效抑制由于負(fù)極材料體積變 化而引起的鋰離子電池結(jié)構(gòu)的破壞，提高鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性能。采用本發(fā)明實(shí)施例 的負(fù)極粘結(jié)劑的鋰離子電池，在〇. 5C倍率下充放電，循環(huán)200次后，容量保持率仍然能夠保 持在90%以上。
[0024] 在上述的負(fù)極粘結(jié)劑中，所述海藻酸鹽與丁苯橡膠的重量比例優(yōu)選為：1~3:1， 例如可以為I. 5:1、2:1、2. 5:1等。
[0025] 在上述的負(fù)極粘結(jié)劑中，所述海藻酸鹽的數(shù)均分子量可以為5萬~100萬，更優(yōu)選 50萬~100萬，例如可以為55萬、60萬、65萬、70萬、75萬、80萬、85萬、90萬、95萬等。如 果海藻酸鹽的數(shù)均分子量過小，則粘接性能不好；如果數(shù)均分子量過大，則會(huì)使鋰離子電池 制備時(shí)負(fù)極漿料粘度變大，使得負(fù)極材料各組分不能很好的分散。
[0026] 在上述的負(fù)極粘結(jié)劑中，所述海藻酸鹽的彈性模量優(yōu)選為3GPa以上，在這樣的彈 性模量范圍內(nèi)，更有利于抑制由于負(fù)極材料體積變化而引起的鋰離子電池結(jié)構(gòu)的破壞。
[0027] 在上述的負(fù)極粘結(jié)劑中，所述海藻酸鹽優(yōu)選海藻酸鈉或者海藻酸鉀或者它們的組 合。海藻酸鈉和海藻酸鉀與其他海藻酸鹽相比具有較好的水溶性，因此，在鋰離子電池制備 時(shí)，可以用水作為分散劑，更加環(huán)保。
[0028] 在上述的負(fù)極粘結(jié)劑中，由于鈣元素會(huì)影響鋰離子電池的性能，因此，海藻酸鹽中 的鈣含量需要控制在〇. 3%以下。
[0029] 在上述的負(fù)極粘結(jié)劑中，所述丁苯橡膠的狀態(tài)沒有特殊的要求，可以是丁苯橡膠 乳液，也可以是丁苯橡膠粉體。當(dāng)采用丁苯橡膠乳液時(shí)，所述的海藻酸鹽和丁苯橡膠的比例 應(yīng)為海藻酸鹽和丁苯橡膠乳液中純丁苯橡膠的比例。
[0030] 本發(fā)明第二方面提供一種鋰離子電池負(fù)極，所述鋰離子電池負(fù)極包括集流體以及 涂覆在所述集流體表面的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括硅基負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以及粘 結(jié)劑，其中，所述粘結(jié)劑為本發(fā)明第一方面的負(fù)極粘結(jié)劑。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池負(fù)極采用了本發(fā)明第一方面的負(fù)極粘結(jié)劑，由于 本發(fā)明第一方面的負(fù)極粘結(jié)劑具有良好的粘結(jié)效果，因硅基負(fù)極活性物質(zhì)能夠很好的粘附 在集流體上，防止在鋰離子電池充放電過程中發(fā)生負(fù)極活性物質(zhì)脫落而影響鋰離子電池的 性能。
[0032] 上述的鋰離子電池負(fù)極可以采用以下方法制備得到：
[0033] 首先將海藻酸鹽溶解于水中，得到海藻酸鹽溶液；然后加入丁苯橡膠乳液（或者 丁苯橡膠粉體）攪拌分散均勻得到負(fù)極粘結(jié)劑溶液；再加入導(dǎo)電劑攪拌分散均勻；最后加 入硅基負(fù)極活性物質(zhì)，攪拌均勻后過濾得到所述負(fù)極材料的漿料；將所得漿料均勻地涂在 集流體上（例如厚度為8 μ m的銅箔），干燥后得到負(fù)極極片，將負(fù)極極片用輥壓機(jī)壓實(shí)后進(jìn) 行裁片、焊接極耳得到所述負(fù)極。
[0034] 在上述的鋰離子電池負(fù)極中，所述導(dǎo)電劑沒有特殊的要求，優(yōu)選導(dǎo)電炭黑、碳纖 維、石墨烯以及碳納米管中的至少一種。
[0035] 在上述的鋰離子電池負(fù)極中，所述負(fù)極粘結(jié)劑占所述負(fù)極材料的重量比例優(yōu)選 3% ~10%〇
[0036] 在上述的鋰離子電池負(fù)極中，所述硅基負(fù)極活性物質(zhì)的具體種類沒有特殊的要 求，例如，可以為納米硅、硅碳等。
[0037] 在上述的鋰離子電池負(fù)極中，所述硅基負(fù)極活性物質(zhì)占所述負(fù)極材料的重量比例 優(yōu)選85%~95%。
[0038] 本發(fā)明第三方面提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括電池殼體、極芯以及 電解液，所述極芯和電解液密封在所述電池殼體內(nèi)部，所述極芯包括正極、負(fù)極以及位于所 述正極和負(fù)極之間的隔膜，其中，所述負(fù)極為本發(fā)明第二方面的負(fù)極。
[0039] 上述鋰離子電池中除負(fù)極外，殼體、正極、電解液、隔膜等部件都沒有特殊的限定， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可