[发明专利]一种锂离子电池负极用粘结剂

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体的涉及锂离子电池负极用粘结剂。

背景技术

自从上世纪90年代初被发明以来，锂离子电池对整个人类社会的发展起到了非常重要的作用。如今，基于锂离子电池的智能手机、平板电脑、蓝牙耳机、智能手表等新型电子产品也不断地影响着人们的日常生活。锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜、电解液、集流体、极耳、外壳等部分所组成。其中主要影响电池容量和能量的因素在于电池的正负极部分。随着现在电子产品的不断更新换代，为了达到更多的工作时间，人们对锂离子电池的能量密度的要求越来越高。在目前阶段，锂离子电池中作为负极的石墨在容量利用率基本上已到达其上限值(372mAh/g)。如要更大程度的发挥负极在全电池中的作用，需要利用更高比容量的负极材料才能实现。

硅(Si)作为负极材料时，由于在相同原子数时能够嵌入更多的锂离子形成硅锂合金(Si+4.4e^-+4.4Li⁺→Li_4.4Si)，其理论容量高达4200mAh/g，超过目前商品化石墨的十倍。具体可以参考文献：Nature Nanotech.,3(2008),31;Nano Lett.,11(2011),2949;Scientific Reports,3(2013),1919等。然而，由于硅材料本身的物理化学特性，其在充放电时嵌脱更多锂离子的同时伴随着更大的体积膨胀和收缩(最高可达300%)，不断的体积变化对电池的循环性能的稳定性具有一定影响。因此，需要一种性能更好的粘结剂，能够提高活性物质与活性物质之间、活性物质与集流体之间的粘结力；能够包裹在活性物质上更好地抑制材料在充放电过程中的体积膨胀；能够将整体极片内阻的增加最小化；从而提高锂离子电池的性能。

本专利申请中提出乙烯丙烯酸共聚物用作锂离子电池负极材料粘结剂的主要原因如下：(1)乙烯丙烯酸共聚物分子中大量存在的羧基基团易与活性物质表面、集流体表面形成氢键作用，更大程度地增强了活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间的粘结力；(2)由于乙烯丙烯酸共聚物分子中羧基团的存在以及分子间氢键的作用，聚合物的结晶化被抑制，主链的线性被破坏，因此乙烯丙烯酸共聚物的在三维空间中更易弯曲和延展，也即宏观上的韧性得到增强，能够更好地包裹在活性物质颗粒的表面从而抑制活性物质在嵌锂时的体积膨胀。(3)不同乙烯丙烯酸共聚物分子中存在的羧基团在极片烘烤过程中经过加热脱去水分子，形成比氢键作用更强的-C-O-共价键，使包覆在活性物质颗粒表面的乙烯丙烯酸共聚物能更好的抵抗活性物质在嵌锂时巨大的体积膨胀带来的应力作用。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种锂离子电池用粘结剂以及使用该粘结剂的锂离子电池负极和电池。该粘结剂能够提高活性物质与活性物质之间、活性物质与集流体之间的粘结力；能够包裹在活性物质上更好地抑制材料在充放电过程中的体积膨胀；能够将整体极片内阻的增加最小化；从而提高锂离子电池的性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池负极用粘结剂，所述粘结剂含有乙烯丙烯酸共聚物。

进一步的，所述粘结剂还可以含有配合粘结剂,所述乙烯丙烯酸共聚物与配合粘结剂的质量比为100:0～0.1:99.9。

所述配合粘结剂优选丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸、海藻酸钠、聚丙烯酸锂和海藻酸锂中的一种或几种的组合。

上述粘结剂在锂离子电池中的应用。

同时，本发明公开了一种锂离子电池负极，包含活性材料和增稠剂，还包含上述任一项所述的锂离子电池用粘结剂。所述粘结剂占负极总重量的0.6wt%～3wt%，活性材料占负极总重量的94wt%～98.8wt%，增稠剂占负极总重量的0.6wt%～3wt%。

其中，所述活性材料为天然石墨，人造石墨，表面改性的天然石墨，硬碳，软碳，中间相碳微球，非晶硅棒，石墨烯包裹非晶硅颗粒，多晶硅微米线，多晶硅纳米颗粒，氧化亚硅微米颗粒，硅基合金粉末中的至少一种。

由于硅与某些特定金属元素形成合金后还能够自由的脱嵌锂离子，所述硅基合金粉末可以为含有不同金属元素的合金化合物，优选为含有一定量锡、锗、钛、镍、铁、钴、铜或铟元素的合金化合物。

本发明进一步保护一种锂离子电池，该锂离子电池的负极为使用了本发明的粘结剂的上述负极。

本发明还公开了上述锂离子电池用负极的制备方法，主要包含以下步骤：

a.预先备好负极活性材料；

b.加入增稠剂水分散体，经过高速机械搅拌制备出均匀的流体浆料；