[发明专利]萜烯树脂基水系粘结剂及其在锂离子电池负极或超级电容器中的应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学和新能源材料领域，公开了萜烯树脂基水系粘结剂及其在锂离子电池负极或超级电容器中的应用。

背景技术

在电池或超级电容器制造过程中，均需使用粘结剂将电极活性物质粘结加工。传统的有机溶剂型粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，易吸收电解液而发生溶胀，导致粘结性能下降，不能有效的抑制颗粒在充放电过程中体积的变化。另外，PVDF所利用的有机溶剂虽然具有分散性好的特点，但易挥发、易燃易爆、且毒性大，严重污染大气环境。与有机溶剂型粘合剂相比，水性粘结剂具有无溶剂释放，符合环境要求，成本低，不燃，使用安全等特点，成为锂离子电池粘结剂的重要发展方向。

自从JP5-74461公开采用羧甲基纤维素(CMC)与丁苯橡胶乳液(SBR)混合作为锂离子电池负极材料的水系粘结剂，水系粘结剂目前已经得到了迅速的发展，CMC/SBR水性粘结剂在锂离子电池石墨负极已经商业应用。然而，石墨负极使用CMC/SBR水性粘结剂的商业锂离子电池中，电解液形成固态电解质膜(Solid Electrolyte Interface)阻抗较大，不利于锂离子的脱嵌，影响电池的长期循环性能以及电池的高倍率性能(J.Power Sources,147,249(2005))。最近，US20120088155A1公开了海藻酸盐作为锂离子电池负极材料(主要是硅基负极材料)的水性粘结剂，能显著改善电池的循环稳定性和倍率性能。

萜烯树脂是一系列萜类化合物的总称，是分子式为异戊二烯整数倍的烯烃类化合物。萜烯是一类广泛存在于植物体内的天然来源碳氢化合物，可从许多植物，特别是针叶树得到。除了在植物中大量存在萜类化合物外，在海洋生物体内也提取出了大量的萜类化合物。萜烯树脂具有低气味、无毒、不结晶、耐稀酸稀碱、耐热、耐光、抗老化、粘接力强、高附着力、热稳定性好，相容性和溶解性好等诸多优点。

本发明萜烯树脂基水系粘结剂应用于锂离子电池负极或超级电容器中，能显著提高其高倍率性能和循环稳定性，与目前商业锂离子电池负极水性SBR/CMC粘结剂体系比较，萜烯树脂原料来源广泛，绿色环保，成本低廉。研究开发新型的水系粘结剂，对解决极板浆料的分散性，推动锂离子电池和超级电容器电极板制备的绿色工艺发展，降低生产成本，以及推动电动汽车和新能源产业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供萜烯树脂基水系粘结剂及其在锂离子电池负极或超级电容器中的应用。本发明的另一目的在于提供采用所述萜烯树脂基水系粘结剂的锂离子电池或超级电容器电极片及其制备方法；最后，本发明还提供了含有所述锂离子电池负极或超级电容器电极片的锂离子电池或超级电容器。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：萜烯树脂基水系粘结剂，包含萜烯树脂乳液和羧甲基纤维素，所述萜烯树脂基水系粘结剂用于锂离子电池负极或超级电容器电极片。所述萜烯树脂乳液为萜烯树脂和高分子表面活性剂乳化而成，本发明所用萜烯树脂乳液可直接购买于市场。

作为本发明所述萜烯树脂基水系粘结剂的优选实施方式，其中萜烯树脂与羧甲基纤维素的质量比为100:1～1:100。

作为本发明所述萜烯树脂基水系粘结剂的优选实施方式，所述萜烯树脂乳液中萜烯树脂的质量浓度为55％。所述的萜烯树脂乳液为粘结剂，所述的羧甲基纤维素作为增稠剂。所述的萜烯树脂乳液的粘度为4000-5000mPa·s。

所述的萜烯树脂基水系粘结剂，适用于作为锂离子电池负极或超级电容器用粘结剂，尤其适用于石墨、活性炭碳材料、硅以及钛酸锂等。

如上所述萜烯树脂基水系粘结剂在锂离子电池负极或超级电容器电极片中的用途。

本发明还提供了锂离子电池负极或超级电容器电极片，所述锂离子电池负极或超级电容器电极片采用如上所述萜烯树脂基水系粘结剂作为粘结剂，且所述锂离子电池负极或超级电容器电极片中活性材料、导电剂和萜烯树脂基水系粘结剂中萜烯树脂与羧甲基纤维素质量比为活性材料：导电剂：(萜烯树脂+羧甲基纤维素)＝70～95:1～20:4～10。

作为本发明所述锂离子电池负极或超级电容器电极片的优选实施方式，所述活性材料为石墨、活性炭、硅或钛酸锂；所述导电剂为乙炔黑。

本发明还提供了如上所述锂离子电池负极或超级电容器电极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将活性材料和导电剂混合搅拌至均匀分散；

(2)将萜烯树脂基水系粘结剂中的羧甲基纤维素加入去离子水制成羧甲基纤维素水溶液，然后将制得的羧甲基纤维素水溶液加入到步骤(1)的混合物中，搅拌均匀；