[发明专利]一种锂离子电池负极导电浆料、制备方法、负极和电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制造技术领域，特别涉及一种锂离子电池负极导电浆料、制备方法、负极和电池。

背景技术

自从锂离子电池问世以来，这一体系就以其能量密度高、工作电压高、循环性能稳定、负载特性好、充放电速率快、安全性同时兼具无污染的特点在近些年收到了广泛的关注和使用。从1991年日本Sony公司发明了第一代商用锂离子电池后，近20年在循环稳定性、能量密度、安全性等方面已经得到了长足的发展。

经典的锂离子电池主要包括以下几个组成部分：正极材料、负极材料、隔膜、电解液、集流体和包装外壳等，其中主要决定电池的能量密度主要取决于正、负电极材料的比容量性能。材料本身的电化学特性决定了体系能量密度的上限，但电极材料及电池组装等工艺对于极片电化学性能的发挥同样起着关键的作用。浆料制作在其中是一个重要的步骤，电极极片制作时，一般都是讲活性物质材料与导电剂、粘结剂和适量溶剂一起充分混合制备出电极浆料，再将电极浆料采用湿膜制备的方法涂覆到集流体上，经过烘干干燥和除水除氧过程，得到的干膜经过冲压设备冲片即可得到电极片。所以，电极浆料的好坏和性能直接影响了电极片的性能。电极片需要充分发挥其电化学特性，一方面是需要浆料混合中各组分间的充分混合，避免团聚；另一方面是非活性成分的选择与体系的相容性，选择性能更加优异的导电剂与粘结性能更加出色的粘结剂可以显著提升活性材料的循环稳定性及倍率性能。

优异的粘结剂需要具有以下几个主要特征：一、在干燥和除水除氧过程中在环境温度升高到130℃～180℃时能够具有良好的热稳定性，结构不发生明显变化；二、能被有机电解液所润湿。现在广泛的使用有机碳酸酯类电解液，粘结剂需要被该类电解液充分润湿，有良好浸润性保证电极片的充放电过程；三、具有良好的加工性能。四、不易燃烧。电池在充放电过程中会产生大量的热量，使得电池内部温度升高，在稍高温度下粘结剂不易燃烧保证了电池的安全性；五、对电解液中的成分保持稳定。这体现了粘结剂在电池中的化学稳定性，因为其浸润在电解液中保持结构稳定性不容易使得结构失效丧失粘结效果。六、具有较高的电子离子导电性。这保证了电极片在充放电过程中Li+与电子的正常输运。七、有较强的粘结效果，同时用量小价格低廉且环保。电极活性材料在Li+的脱嵌过程中会出现反复的膨胀-收缩过程，有其对于硅及硅氧类等合金机理类材料，体积膨胀率很大，要求粘结剂在此过程中有高粘附力保证活性材料不与集流体脱落，保证电极结构完整性。

传统的锂离子电池粘结剂是聚偏氟乙稀，因其价格低廉同时机械强度较好，兼具宽电化学窗口等特点是锂离子电池正负极中最常用的粘结体系。但是其存在着一些问题。首先是其一般是溶解在聚甲基吡咯烷酮中使用，对于环境不友好。再者是聚偏氟乙稀/聚甲基吡咯烷酮体系对于高体积膨胀率合金类负极材料而言其粘结性不强，易使得活性物质在反复膨胀-收缩过程中与集流体脱离剥落，导致循环性能不佳。相比与油性粘结体系对于大膨胀高比容量类合金粘附效果差的问题，研究者把目光逐渐转移到水性粘结体系上。近些年来，羧甲基纤维素、聚丙烯酸等为代表的一类溶于水体系的粘结剂逐渐得到了广泛的关注和使用。这类粘结剂相比油性粘结体系，更环保廉价，同时使用较少量就可以达到相同或更佳的粘结效果，如在硅的氧化物SiO作为活性物质时使用多种水性粘结剂与聚偏氟乙稀/聚甲基吡咯烷酮体系对比(Komaba S,et al.The Journal of Physical Chemistry C,2011,115(27):13487-13495.)，循环效果有显著提升。水性粘结剂在高膨胀率负极材料上表现优于油性粘结体系的原因，主要在于水性粘结剂表面存在-COOH等含氧官能团，这些基团与Si或SiOx电极表面吸附的-OH结合形成共价键，产生更强的结合力，提供更好的粘附效果(刘欣等.化学进展,2013,25(08):1401-1410)。

发明内容

本发明实施例提供了一种锂离子电池负极导电浆料、制备方法、负极和电池。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明第一个目的是提供一种锂离子电池负极导电浆料。

在一些示例性的实施例中，导电浆料含有如下组分：粘结剂、导电剂、活性物质和溶剂；

其中，以导电浆料的质量为100％计，固含量为10～25％；固含量包括粘结剂、导电剂和活性物质；