一种碳材料填充的锂电池用粘结剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳材料填充的锂电池用粘结剂，所述的粘结剂由聚偏氟乙烯（PVDF）和碳材料复合而成，所述的碳材料为导电炭黑（SP）、碳纤维（VGCF）、碳纳米管（CNT）中的一种或几种的混合物，本发明通过在聚偏氟乙烯（PVDF）添加碳材料，既提高了电子的传输速率，增强了电导率，降低了电池极化，提高了电池的低温性能。
【专利说明】一种碳材料填充的锂电池用粘结剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涉及一种锂电池领域，尤其涉及一种碳材料填充的锂离子电池用粘结 剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂电池又称摇椅电池，由于其能量密度高，使用寿命长，环保无污染等特点，作为 21世纪绿色能源的代表，已经被广泛应用于人们日常生活的各个方面。近年来，更被应用 于电动汽车的动力电源和储能系统的储能电源。锂电池主要由正极，负极，隔膜，电解液，粘 结剂等组成，其中粘结剂已成为锂电产业链中一个独立分支。目前常用的粘结剂分两种，一 种是水性粘结剂，以丁苯橡胶（SBR)为代表；一种是油性粘结剂，以聚偏氟乙烯（PVDF)为代 表。两种粘结剂在锂电的组分中所占比例虽少，却有不可或缺的作用，但粘结剂均是绝缘 体，将其添加入锂电组分中，势必会增大电池极化，影响电池的低温性能。若能在粘结剂的 高分子链中能引人导电的物质，对减小极化，提高低温性能有所帮助。本发明所用粘结剂为 油性粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF)。
[0003] 另有中国专利号为：201010285914. 9,公布日为2011.2. 23,公开了一种锂离子电 池正极浆料制备方法，旨在提供一种磷酸铁锂电池正极浆料的加工工艺。该制备方法主要 采用高温干燥溶解，首先预分散，将溶剂与粘接剂加入搅拌桶中，充入干燥气使用机械搅 拌，再充干燥气保护放入高温环境中静置，将粘接剂高温溶解；导电剂与活性物质采用干粉 球磨混合方式，将导电剂加入活性物质中通过陶瓷球磨作用，将导电剂均匀地分散在活性 物质中；将已混合好的活性物质加入粘接剂溶液中，充入干燥气使用机械搅拌方式将活性 物质与粘接剂分散均匀，制备成正极浆料。其特点在于可以将正极浆料的各个组分充分搅 拌混合均匀，但该工艺的流程繁琐，制备工艺复杂，不同的工艺步骤需要更换不同的设备， 这样就增加了浆料在空气中的暴露时间，很可能导致过量的水分进入浆料，不利于浆料的 分散；且该方法所用的粘结剂仍然是传统的绝缘性粘结剂，不导电，电池在充放电过程中不 利于电子的传输，进而会影响电池的电性能发挥。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种碳材料填充的锂电池用粘结剂 及其制备方法，通过该方法制备的粘结剂相比于传统的粘结剂，通过添加碳材料，既提高了 电子的传输速率，增强了电导率，降低了电池极化，提高了电池的低温性能。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 一种碳材料填充的锂电池用粘结剂，其特征在于：所述的粘结剂由聚偏氟乙烯（PVDF) 和碳材料复合而成。
[0006] 所述的碳材料为导电炭黑（SP)、碳纤维（VGCF)、碳纳米管（CNT)中的一种或几种 的混合物。
[0007] 所述碳材料与聚偏氟乙烯PVDF的质量比为1 :6-9。
[0008] -种碳材料填充的锂电池用粘结剂的制备方法，包括如下步骤： (1) 将聚偏氟乙烯（PVDF)和碳材料粉末在200°C共混均匀，成粘稠液体； (2) 将粘稠液体放置室温下冷却； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末。
[0009] 本发明具有以下优点： 1、本发明一种碳材料填充的锂离子电池用粘结剂，由聚偏氟乙烯（PVDF)和碳材料复合 而成，通过在聚偏氟乙烯（PVDF)添加碳材料，既提高了电子的传输速率，增强了电导率，降 低了电池极化，提高了电池的低温性能。
[0010] 2、本发明中的碳材料为导电炭黑（SP)、碳纤维（VGCF)、碳纳米管（CNT)中的一种 或几种的混合物。上述碳材料，原料易得，价格便宜，是目前锂电市场上很常见的材料。其 中，导电炭黑（SP)是点状颗粒结构，碳纤维（VGCF)是链状结构，碳纳米管（CNT)是表面有很 多官能团的链状结构，它们各自有各自的结构特点，对应的结构特点又有各自的优势，比如 点状颗粒结构颗粒小，易分散，便于浆料加工；链状结构颗粒大，不易分散，但导电性优异。 将几种碳材料混合，能将各自的优势结合起来，取长补短。
[0011] 3、本发明的碳材料与聚偏氟乙烯PVDF的重量比为1 :6- 9。用该配比是为了保证 以粘结剂的粘结性为主，粘结剂的导电性为辅，若导电聚合物含量过高，会降低粘结剂的粘 结性，不利于电池的加工。
[0012] 4、本发明粘结剂的制备方法，工艺流程简单，原料易得，加工成本低，试验效果好。
【具体实施方式】
[0013] 实施例1 (1) 将导电炭黑粉末（SP)和聚偏氟乙烯（PVDF)按1 :9的质量比在200°C共混均匀，成 粘桐液体； (2) 将所得到的粘稠液体放置室温下冷却，得冷却固体； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末SP-PVDF。
[0014] 将所得粘结剂用于电池制作并进行测试，所用电池为： 正极：活性物质为已合成好的电极材料，含量91%、导电碳黑含量5%、合成的粘结剂 SP-PVDF 4%、16um厚度铝箔集流体，冷压后极片厚度135um。
[0015] 负极：活性物质石墨含量93%、导电碳黑含量3%、合成的粘结剂SP-PVDF 4%、 15um厚度铜箔集流体，冷压后极片厚度98um。
[0016] 隔膜PE单层隔膜，电池设计容量5Ah。
[0017] 检测方法： 用Arbin BT2000测试仪检测电池的充放电特性，具体流程为： 1、 常温下以1C电流将电池先恒流再恒压充电至3. 8V，充电截至电流为0. 01A ; 2、 常温下静止5分钟，以1C电流将电池恒流放电至2. 0V，读取电池的1C放电容量。
[0018] 用日置内阻测试仪检测电池的交流内阻 实施例2 (1) 将碳纤维粉末（VGCF)和聚偏氟乙烯（PVDF)按1 :6的质量比在200°C共混均匀，成 粘桐液体； (2) 将所得到的粘稠液体放置室温下冷却； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末VGCF-PVDF。
[0019] 将所得粘结剂用于电池制作并进行测试，电池制作及检测方法同实施例1。
[0020] 实施例3 (1) 将碳纳米管粉末（CNT)和聚偏氟乙烯（PVDF)按1 :8的质量比在200°C共混均匀， 成粘稠液体； (2) 将所得到的粘稠液体放置室温下冷却； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末CNT-PVDF。
[0021] 将所得粘结剂用于电池制作并进行测试，电池制作及检测方法同实施例1。
[0022] 实施例4 (1) 将导电炭黑（SP)与碳纤维（VGCF)按1 :1的质量比混合，将所得混合物SP-VGCF和 聚偏氟乙烯（PVDF)按1 :9的质量比在200°C共混均匀，成粘稠液体； (2) 将所得到的粘稠液体放置室温下冷却； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末SP-VGCF-PVDF。
[0023] 将所得粘结剂用于电池制作并进行测试，电池制作及检测方法同实施例1。
[0024] 实施例5 (1) 将导电炭黑（SP)与碳纳米管（CNT)按1 :1的质量比混合，将所得混合物SP-CNT和 聚偏氟乙烯（PVDF)按1 :8的质量比在200°C共混均匀，成粘稠液体； (2) 将所得到的粘稠液体放置室温下冷却； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末SP-CNT-PVDF。
[0025] 将所得粘结剂用于电池制作并进行测试，电池制作及检测方法同实施例1。
[0026] 实施例6 (1) 将碳纳米管（CNT)与碳纤维（VGCF)按1 :1的质量比混合，将所得混合物CNT-VGCF 和聚偏氟乙烯（PVDF)按1 :9的质量比在200°C共混均匀，成粘稠液体； (2) 将所得到的粘稠液体放置室温下冷却； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末CNT-VGCF-PVDF。
[0027] 将所得粘结剂用于电池制作并进行测试，电池制作及检测方法同实施例1. 对比例 采用未经处理的PVDF粉末制作电池，具体制作方法如下： 正极：活性物质为已合成好的电极材料，含量91%、导电碳黑含量5 %，未经处理的PVDF 4%、16um厚度铝箔集流体，冷压后极片厚度138um。
[0028] 负极：活性物质石墨含量93%、导电碳黑含量3%、未经处理的PVDF 4%、15um厚 度铜箔集流体，冷压后极片厚度l〇〇um。
[0029] 隔膜为PP/PE/PP三层隔膜，电池设计容量5Ah。
[0030] 电池检测方法同实施例1。
[0031] 表1实施例与对比例制作电池的25°C下的放电容量
【权利要求】
1. 一种碳材料填充的锂电池用粘结剂，其特征在于：所述的粘结剂由聚偏氟乙烯 (PVDF)和碳材料复合而成。
2. 根据权利要求1所述的碳材料填充的锂电池用粘结剂，其特征在于：所述的碳材料 为导电炭黑（SP)、碳纤维（VGCF)、碳纳米管（CNT)中的一种或几种的混合物。
3. 根据权利要求1所述的碳材料填充的锂电池用粘结剂，其特征在于：所述碳材料与 聚偏氟乙烯PVDF的质量比为1 :6- 9。
4. 根据权利要求1所述的碳材料填充的锂电池用粘结剂的制备方法，包括如下步骤： (1) 将聚偏氟乙烯（PVDF)和碳材料粉末在200°C共混均匀； (2) 将粘稠液体放置室温下冷却； (3) 将冷却好的固体置于球磨机中球磨成粉末； (4) 将所得粉末置于60°C烘箱中再干燥得到粘结剂粉末。
【文档编号】H01M4/62GK104269558SQ201410519423
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】廖小东, 汤勇, 谢皎, 朱睿 申请人:中国东方电气集团有限公司