一种粘合剂、电极浆料及其制造方法和应用

1.本发明属于电池制造技术领域，特别涉及一种粘合剂、电极浆料及其制造方法和应用。


背景技术：

2.锂离子电池具有体积小、电压高、能量密度高等优点，广泛应用于手机、笔记本、电动车等领域。在锂离子电池使用的众多正极活性材料中，呈层状结构的锂镍钴锰三元材料、锂镍钴铝三元材料由于其放电容量高、安全性能好、结构稳定等特点，被公认为未来动力锂离子电池正极活性材料的最佳选择之一。
3.聚偏氟乙烯(pvdf)为偏氟乙烯的均聚物，为一种韧性的热塑性工程塑料，具有耐高温、超耐候性、耐腐蚀性、抗污性、化学惰性、极低的表面能、以及压电性、介电性、热电性等特殊性能，广泛应用于锂离子电池的制造领域。
4.与传统的钴酸锂、锰酸锂相比，锂镍钴锰三元材料、锂镍钴铝三元材料具有较高的ph值，与聚偏氟乙烯系粘合剂搅拌过程中，聚偏氯氟乙烯中的氟容易被oh-攻击，导致电极片加工过程中出现凝胶、果冻、团聚的现象，进而影响锂离子电池的性能。
5.因此，亟需提供一种改善锂离子电池质量的粘合剂。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种粘合剂、电极浆料及其制造方法和应用，所述电极浆料具有较好的流动性和稳定性，有效地解决了电极片加工过程中遇到的凝胶、果冻、团聚问题，提高生产的合格率，进而改善锂离子电池的质量。
7.为了达到上述目的，本发明的第一方面提供一种粘合剂，所述粘合剂包括聚三氟氯乙烯和聚醚醚酮。
8.根据本发明的一些实施例，按重量份数计，所述粘合剂包括1.5-6份的聚三氟氯乙烯和1份的聚醚醚酮。
9.根据本发明的一些实施例，按重量份数计，所述粘合剂包括2-4份的聚三氟氯乙烯和1份的聚醚醚酮。
10.根据本发明的一些实施例，所述粘合剂的粘度为1000-80000pa
·
s。
11.根据本发明的一些实施例，所述粘合剂应用于电极浆料。
12.根据本发明的一些实施例，所述电极浆料包括活性物质和上述粘合剂。
13.根据本发明的一些实施例，所述活性物质与粘合剂的重量比为1：(16-99)。
14.根据本发明的一些实施例，所述电极浆料为正极浆料；所述活性物质为含锂金属氧化物。
15.根据本发明的一些实施例，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰酸锂、磷酸铁锰锂、铁酸锂、锂镍钴锰三元材料、锂镍钴铝三元材料、富锂锰基材料中的至少一种。
16.根据本发明的一些实施例，所述活性物质为锂镍钴锰三元材料、锂镍钴铝三元材料、富锂锰基材料中的至少一种。
17.本发明的第二方面提供一种电极浆料，所述电极浆料包括活性物质和上述粘合剂。
18.根据本发明的一些实施例，按重量份数计，所述电极浆料包括1份的活性物质和16-99份的粘合剂。
19.根据本发明的一些实施例，所述电极浆料为正极浆料；所述活性物质为含锂金属氧化物。
20.根据本发明的一些实施例，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰酸锂、磷酸铁锰锂、铁酸锂、锂镍钴锰三元材料、锂镍钴铝三元材料、富锂锰基材料中的至少一种。
21.根据本发明的一些实施例，所述活性物质为锂镍钴锰三元材料、锂镍钴铝三元材料、富锂锰基材料中的至少一种。
22.根据本发明的一些实施例，所述电极浆料还包括溶剂。优选地，所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮和/或二甲苯。
23.根据本发明的一些实施例，按重量份数计，所述溶剂包括1份的n-甲基吡咯烷酮和1份的二甲苯。
24.根据本发明的一些实施例，所述溶剂与粘合剂的重量比为(8-10):1；优选地，所述溶剂与粘合剂的重量比为9:1。
25.根据本发明的一些实施例，所述电极浆料还包括导电剂，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯或碳纤维粉末中的至少一种。
26.根据本发明的一些实施例，所述导电剂为石墨烯和碳纤维粉末。优选地，按重量份数计，所述导电剂为1份的石墨烯和1份的碳纤维粉末。根据本发明的一些实施例，所述电极浆料包括所述粘合剂、石墨烯、碳纤维粉末以及锂锰钴镍三元材料。
27.根据本发明的一些实施例，所述粘合剂、石墨烯、碳纤维粉末以及锂锰钴镍三元材料的质量比为(95-99)：(0.5-5)：(0.5-5)：(1-5)：。
28.根据本发明的一些实施例，所述电极浆料的固含量为40-75％。
29.本发明的第三方面提供上述电极浆料的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：将所述活性物质和粘合剂混合，得所述电极浆料。
30.根据本发明的一些实施例，所述制造方法包括以下步骤：将所述粘合剂与溶剂混合，然后依次与导电剂、活性物质混合，得所述电极浆料。
31.根据本发明的一些实施例，所述制造方法包括以下步骤：
32.(1)将n-甲基吡咯烷酮与二甲苯混合；搅拌均匀后加入粘合剂，混合，在70℃下以50-200r/min的转速搅拌1-3h；
33.(2)加入石墨烯，以1500-2500r/min的转速搅拌3-6h；
34.(3)加入碳纤维粉末，以1500-2500r/min的转速搅拌30-90min；
35.(4)加入含锂镍钴锰的金属氧化物，以1500-2500r/min的转速搅拌2-4h，得所述电极浆料。
36.本发明的第四方面提供一种电极片，所述电极片包括集流体以及设于所述集流体上的电极涂层；所述电极涂层为使用上述电极浆料所形成的。
37.根据本发明的一些实施例，所述集流体为铝箔。
38.本发明的第五方面提供上述电极片的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：将所述电极浆料涂布于所述集流体表面，干燥，热处理，得所述电极片。
39.根据本发明的一些实施例，将所述电极浆料涂布于铝箔表面，干燥，热处理，得所述电极片。
40.本发明的第六方面提供一种电池，所述电池包括上述的电极片。
41.根据本发明的一些实施例，所述电池为锂离子电池。
42.根据本发明的一些实施例，所述电池包括正极极片、负极极片以及隔离膜，所述正极极片为所述电极片。所述正极极片的活性物质为锂镍钴锰三元材料。
43.因此，本发明的有益效果包括：
44.1.本发明提供的粘合剂应用于电极浆料，通过聚三氟氯乙烯与聚醚醚酮的协同作用，使得电极浆料具有较好的流动性和稳定性，避免出现凝胶、果冻、团聚的问题；
45.2.应用本发明提供的粘合剂的电极片，表面没有团聚现象，具有韧性好，冲切报废率低、烘烤效果好的特点；
46.3.本发明提供的粘合剂、电极浆料以及电极片的制备工艺简单，易于产业化实现。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
48.以下为具体发明实施例的技术方案。
49.实施例1
50.本实施例提供一种粘合剂，按重量份数计，包括2份的聚三氟氯乙烯和1份聚醚醚酮。
51.本实施例还提供一种电极浆料，按重量份数计，包括64份的聚三氟氯乙烯、32份的聚醚醚酮、1份的石墨烯、1份碳纤维粉末、2份的锂锰钴镍三元材料、432份的二甲苯以及432份的n-甲基吡咯烷酮。
52.该电极浆料的制备方法包括以下步骤：
53.(1)将聚三氟氯乙烯和聚醚醚酮加入n-甲基吡咯烷酮与二甲苯的混合溶液中，于70℃下以150r/min的转速进行搅拌2h；
54.(2)加入石墨烯，以2000r/min的转速搅拌4h；
55.(3)加入碳纤维粉末，以2000r/min的转速搅拌30分钟；
56.(4)加入含锂镍钴锰的金属氧化物，以2000r/min的转速搅拌3h，得所述电浆料。
57.本实施例还提供一种电极片，包括铝箔集流体以及设于该铝箔集流体上的电极涂层，该电极涂层为本实施例提供的电极浆料所形成的。
58.该电极片的制备方法为：将电极浆料涂布于铝箔集流体表面，然后在100℃下干燥4-8h，进而得到该电极片。
59.对比例1
60.本对比例提供一种电极浆料，按重量份数计，包括96份的聚偏氟乙烯、432份的n-甲基吡咯烷酮、432份的二甲苯、1份的石墨烯、1份的碳纤维粉末、2份的锂锰钴镍三元材料。
61.该电极浆料的制备方法包括以下步骤：
62.(1)将聚偏氟乙烯加入n-甲基吡咯烷酮与二甲苯的混合溶液中，于70℃下以150r/min的转速进行搅拌2h；
63.(2)加入石墨烯，以2000r/min的转速搅拌4h；
64.(3)加入碳纤维粉末，以2000r/min的转速搅拌30分钟；
65.(4)加入含锂镍钴锰的金属氧化物，以2000r/min的转速搅拌3h，得所述电浆料。
66.本对比例还提供一种电极片，包括铝箔集流体以及设于该铝箔集流体上的电极涂层，该电极涂层为本对比例提供的电极浆料所形成的。
67.该电极片的制备方法为：将电极浆料涂布于铝箔集流体表面，然后在100℃下干燥4-8h，进而得到该电极片。
68.对比例2
69.本对比例提供一种电极浆料，按重量份数计，包括96份的聚三氟氯乙烯、432份的n-甲基吡咯烷酮、432份的二甲苯、1份的石墨烯、1份的碳纤维粉末、2份的锂锰钴镍三元材料。
70.该电极浆料的制备方法包括以下步骤：
71.(1)将聚三氟氯乙烯加入n-甲基吡咯烷酮与二甲苯的混合溶液中，于70℃下以150r/min的转速进行搅拌2h；
72.(2)加入石墨烯，以2000r/min的转速搅拌4h；
73.(3)加入碳纤维粉末，以2000r/min的转速搅拌30分钟；
74.(4)加入含锂镍钴锰的金属氧化物，以2000r/min的转速搅拌3h，得所述电浆料。
75.本对比例还提供一种电极片，包括铝箔集流体以及设于该铝箔集流体上的电极涂层，该电极涂层为本对比例提供的电极浆料所形成的。
76.该电极片的制备方法为：将电极浆料涂布于铝箔集流体表面，然后在100℃下干燥4-8h，进而得到该电极片。
77.性能测试
78.1.观察实施例1以及对比例1-2所提供的电极浆料的形态；
79.依据观察结果，对比例2提供的电极浆料呈果冻状；实施例1与对比例1提供的电极浆料均呈稳定的溶液状。
80.2.观察实施例1以及对比例1-2所提供的的电极片的涂布效果；
81.依据观察结果，对比例2所提供的电极片表面有团聚现象；实施例1与对比例1提供的电极片表面平整，没有明显的团聚现象。表明了本发明提供的粘合剂有利于改善电极片的涂布效果。
82.3.对实施例1以及对比例1-2提供的电极片的韧性进行测试。
83.按gb/t 1843-2008记载的塑料悬臂梁冲击强度的测定方法进行韧性测试，所采用的样品尺寸为长80mm
×
宽10mm
×
厚4mm，缺口类型为a型。
84.实施例1以及对比例-2提供的电极片的缺口冲击强度列于表1。
85.表1各电极片的缺口冲击强度
86.样品缺口冲击强度(kj/m2)实施例1提供的电极片9.8
对比例1提供的电极片5.7对比例2提供的电极片2.3
87.依据表1，实施例1提供的电极片的缺口冲击强度远大于对比例1-2提供的电极片的缺口冲击强度。
88.表明本发明提供的电极片具有较好的的韧性。
89.4.观察实施例1以及对比例1-2提供的电极片的冲切效果
90.依据冲切结果，实施例1提供的电极片的冲切报废率低于0.5％，对比例1提供的电极片结构体的冲切报废率大于7％；对比例2提供的电极片的冲切报废率大于23％。
91.表明本发明实施例1提供的电极片具有更好的冲切效果。
92.5.对实施例1以及对比例1-2提供的电极片上电极涂层的熔化温度，翘曲变形温度进行测试
93.将测试得到的实施例1以及对比例1-2提供的电极片上电极涂层的熔化温度以及翘曲变形温度列于表2。
94.表2各电极片的熔化温度及翘曲变形温度
95.样品熔化温度(℃)翘曲变形温度(℃)实施例1提供的电极片284249对比例1提供的电极片210185对比例2提供的电极片167150
96.依据表2，实施例1提供的电极片上电极涂层所对应的熔化温度和翘曲变形温度均高于对比例1-2所提供的的电极片的对应参数。表明本发明提供的粘合剂应用于电极片，有利于提高电极涂层的熔化温度和翘曲变形温度，具有更好的烘烤效果。
97.最后应说明的是，以上实施例方式仅用以说明本技术的技术方案并非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本技术技术方案的精神和范围。