一种取代PVDF和NMP及导电剂的水性胶的制作方法

一种取代pvdf和nmp及导电剂的水性胶
技术领域
1.本发明涉及导电剂的水性胶，特别涉及一种取代pvdf和nmp及导电剂的水性胶，属于导电剂的水性胶技术领域。


背景技术：

2.目前锂离子电池正极使用的粘结剂主要是聚偏氟乙烯pvdf，需要配合甲基吡咯烷酮nmp使用，价格贵，并且对人体与环境有害，环境友好性差，nmp需要回收处理，电池成本高，具有安全性隐患。电池负极使用粘结剂主流是水性粘结剂，主要是苯乙烯丁二烯共聚物类型粘结剂，因为苯乙烯丁二烯共聚物不具有分散与增稠性能，因此需要搭配纤维素cmc使用，用量极大，极片脆，粘结力差，内阻大，而最关键的是粘结剂不具有导电性能，需要加入额外的导电剂。以上粘结剂由于较差的粘结力，在充放电的情况下还会有掉粉的情况，增大电池的内阻，从而影响活性材料的容量发挥，造成电池能量密度的下降。而目前制作极片浆料需要分开加入粘结剂、导电剂、活性材料，制浆工艺复杂，时间较长，影响电芯生产效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种取代pvdf和nmp及导电剂的水性胶，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种取代pvdf和nmp及导电剂的水性胶，所述导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0005][0006][0007]
作为本发明的一种优选技术方案，所述导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0008][0009]
作为本发明的一种优选技术方案，所述导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0010][0011]
作为本发明的一种优选技术方案，所述导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0012][0013][0014]
作为本发明的一种优选技术方案，所述导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0015][0016]
作为本发明的一种优选技术方案，所述粘结剂聚丙烯酸酯和到聚氨酯分散液包括聚丙烯酸(酯)类、聚酰亚胺类、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酯、聚醚、聚丙烯腈类等水性粘结剂的一种或几种。
[0017]
作为本发明的一种优选技术方案，所述增稠剂羧甲基纤维素钠分散液包括羧甲基纤维素钠(cmc)，丙二醇海藻酸钠、羟丙基淀粉，聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，豆胶类、果胶，黄原胶等增稠剂的一种或几种。
[0018]
作为本发明的一种优选技术方案，所述导电剂多层石墨烯分散液包括乙炔黑，碳纳米管，石墨烯、导电石墨等导电剂的一种或几种。
[0019]
作为本发明的一种优选技术方案，所述助剂乙醇包括乙醇、丙醇、乙醚、n－甲基－吡咯烷酮(nmp)等助剂中的一种或几种。
[0020]
作为本发明的一种优选技术方案，所述中和剂氨水包括氨水和氢氧化钠中的一种或2种。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种取代pvdf和nmp及导电剂的水性胶，通过设有的去离子水、增稠剂羧甲基纤维素钠分散液、粘结剂聚丙烯酸酯和到聚氨酯分散液、导电剂多层石墨烯分散液、助剂乙醇和中和剂氨水，提高能量密度，提高导电材料的导电性，提高粘结剂的黏附力，同时还需要降低电池的内阻。传统碳纳米管浆料分散难度大，相容性差与粘结剂结合强度不佳；当碳纳米管长度较长时，影响锂离子的传递和扩散速度，本发明的目的降低电池成本，简化电池工艺，提高电池循环性能，增强电池工艺的环境友好性。
具体实施方式
[0022]
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
本发明提供了一种取代pvdf和nmp及导电剂的水性胶：
[0024]
实施例一：导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0025][0026]
实施例二：导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0027][0028]
实施例三：导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0029][0030]
实施例四：导电剂的水性胶按照以下质量分数配比：
[0031][0032]
其中，粘结剂聚丙烯酸酯和到聚氨酯分散液包括聚丙烯酸(酯)类、聚酰亚胺类、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酯、聚醚、聚丙烯腈类等水性粘结剂的一种或几种。
[0033]
优选地，增稠剂羧甲基纤维素钠分散液包括羧甲基纤维素钠(cmc)，丙二醇海藻酸钠、羟丙基淀粉，聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，豆胶类、果胶，黄原胶等增稠剂的一种或几种。
[0034]
进一步地，导电剂多层石墨烯分散液包括乙炔黑，碳纳米管，石墨烯、导电石墨等导电剂的一种或几种。
[0035]
更进一步地，助剂乙醇包括乙醇、丙醇、乙醚、n－甲基－吡咯烷酮(nmp)等助剂中的一种或几种。
[0036]
其中，所述中和剂氨水包括氨水和氢氧化钠中的一种或2种。
[0037]
水性胶的技术方案：
[0038]
粘结剂聚丙烯酸酯和到聚氨酯分散液：将一定质量的粘结剂溶解于去离子水中，在反应釜中充分搅拌均匀，制备成质量分数为20％
‑
50％的粘结剂分散液，真空搁置6
‑
12h，待用。
[0039]
增稠剂羧甲基纤维素钠分散液：将一定质量的增稠剂分别溶解于去离子水中，在反应釜中充分搅拌均匀，制备成质量分数为30％
‑
60％的增稠剂分散液，真空搁置6
‑
12h，待用。
[0040]
导电剂多层石墨烯分散液：将一定质量的增稠剂加入去离子水中，完全溶解后，加入一定质量的导电剂，采用行星式球磨机高速球磨分散0.5
‑
4h，获得导电剂分散液，其中导电剂含量2％
‑
30％，增稠剂含量1％
‑
20％。获得导电剂分散液，待用。
[0041]
水性导电胶：向反应釜中加入去离子水1000份(质量份数，下同)，加入增稠剂分散液80
‑
150份，搅拌0.5
‑
4h。然后，加入粘结剂分散液10
‑
50份，搅拌0.5
‑
4h，再加入导电剂分散液1.5
‑
30份，搅拌0.5
‑
4h，再继续加入助剂0.5
‑
5.5份，中和剂0.1
‑
3.5份，继续搅拌0.5
‑
3h。获得锂离子电池水性导电胶。
[0042]
本发明水性导电胶的性能测试：
[0043]
1.导电率的测定：将实施例1
‑
4的水性导电胶，分别在pe膜上均匀涂覆120μm厚，在80℃下真空干燥10h，之后冷却至室温，使用四探针测试仪测试各个涂层的电导率。结果如表1所示：
[0044] 实施例1实施例2实施例3实施例4电导率s/cm5.66.37.58.8
[0045]
由表1结果可以看出，采用本发明制备得到的导电胶的电导率较高，导电率为5.6
‑
8.8s/cm；
[0046]
2.粘结力测定：将本发明中实施例1
‑
4中制备得到的水溶性导电胶按质量分数2.5％以及锂离子电池正极材料锰酸锂、三元材料、钴酸锂或者磷酸铁锂按质量分数为97.5％的比例混合，按照总固体成分为40
‑
70％的比例加入去离子水，利用双行星式捏合机对正极浆料进行分散，分散过程中定时利用刮板细度计进行测试，当细度值达到20微米以内则认为可以进入下一步，即制成通过使用本发明水溶性导电胶而制成的正极电极极片浆料；
[0047]
制备得到的正极电极极片浆料经过120目筛网后，涂布于作为集流体的14μm厚铝箔上，在110℃温度下干燥5min，随炉内自然冷却至室温，以1.5
×
105n/m的单位长度载荷进行压延而获得电极极片，设为锂离子电池正极。将上述制得的正极极片进行辊压，制作成尺寸为30cm
×
3cm的长条状，用双面胶将集流体贴在厚度为1mm的钢板，在涂布层贴上透明胶带，用拉伸测试机以90mm/min的速度、以180
°
的方向剥离，测试三次，取平均值，得到测定的粘结力。结果如表2所示
[0048][0049]
由表2的数据结果可知，采用本发明制备方法制备得到的水性导电胶的正极片剥离强度大，即粘结力强，最高值达到8.5n/m。
[0050]
3.模拟锂电池性能评价
[0051]
分别以锰酸锂、钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂为正极材料，以上述实施例1
‑
4的水性导电胶为粘结剂和导电剂，制备锂离子电池负极，采用商用人造石墨负极，制作模拟锂离子电池。在电压为3.7v的条件下，测试电池的内阻、电压为3.5v条件下的正极克容量发挥。
[0052]
采用恒流恒压法测试其充放电循环的首次库仑效率和循环200次后的容量保持率，结果表3、表4、表5、表6所示：
[0053]
表3锰酸锂电池性能
[0054][0055]
表4钴酸锂电池性能
[0056][0057]
表5三元材料电池性能
[0058][0059]
表6磷酸铁锂电池性能
[0060][0061]
由上述结果可知，本发明的水性导电胶的正极极片剥离强度高，粘结力好，所以用量低。
[0062]
在模拟全电池中，本发明的水性导电胶对正极活性材料具有良好的分散作用，电池内阻，提高活性材料的容量发挥，提高电池的循环性能。本发明替代锂离子电池正极用聚偏二氟乙烯粘结剂和n－甲基－吡咯烷酮有机溶剂，降低电池成本，环境友好性更好、电池的安全性好。采用本发明水性导电胶，在电池制浆工艺过程中，只需要加入活性材料，简化了制浆工艺，节省了制浆时间。
[0063]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。