一种锂电池阳极及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纤维素及新能源裡离子电池材料领域，具体设及一种裡电池阳极及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着裡电池领域的快速发展，对更便携、更轻薄、更安全W及高能量的裡电池设计 的装置需求也随之增长。裡电池的电极是由活性物质、导电剂经过粘结剂涂布在集流体表 面形成。在对裡电池进行充放电过程中，由于裡离子在阴/阳极间来回穿插，容易导致阴/ 阳极活性物质脱落，甚至与集流体分离，造成电池出现容量降低，循环寿命减小，直接影响 到电池性能。所W粘结剂作为裡电池材料中的一个非常重要的组成部分，具有较强的粘结 强度，能稳定电池的制造工艺，并且还可W增加电极的分散性和力学性能，从而制造出具有 卓越特性的裡电池。在众多的裡电池用的粘结剂中，W有机溶剂N-甲基化咯烧酬（NI巧作 为分散剂的聚偏氣乙締（PVD巧油溶性粘结剂最为常见，而市面上的PVDF裡电池粘结剂产 品分子量分布较宽，结晶度一般为40%左右，结晶溫度在140°C附近，结晶度越高，离子在 迁移就越困难，容易导致电阻内阻升高，活性物质从集流体上脱离更容易，造成容量变差。 而且NMP作为PVDF粘结剂的分散剂存在较多的弊端，比如有毒、污染环境、回收困难、成本 高、操作工艺要求高等不足，越来越多的厂商开始使用水性粘结剂来生产裡电池电极。
[0003] 簇甲基纤维素基材料作为水性裡离子电池粘结剂被大量应用在裡电池阳极材料 中，主要有W下几个特点：一、含有径基和簇甲基结构的簇甲基纤维素基材料，根据制备工 艺的区别能得到不同酸化度、不同分子量、不同品质的产品来满足裡电池粘结剂的粘结力 的要求；二、能电离出离子的分子结构特性，能满足裡电池粘结剂的电化学性能的要求； =、W天然纤维素材料为原料的产品，能满足环保，后处理方便的要求；四、W水为分散剂， 成本低，环境友好，制作过程操作方便等。
[0004] 日本专利公告No.JP5-74461公开了簇甲基纤维素钢（CMC-Na或CMC)和下苯橡 胶（SBR)作为裡电池的粘结剂来改善阳极的性能，通过调节CMC-Na的酸化或者聚合度来 实现。韩国S星申请专利公告CN100457848C公开了一种含有簇甲基纤维素基粘结剂的裡 电池阳极W及使用该簇甲基纤维素基粘结剂的裡电池，但是该专利中特指，簇甲基纤维素 粘结剂的阳离子被化+或者NH/盐取代的簇甲基纤维素基结构的粘结剂。随着簇甲基纤维 素钢（CMC-Na)在裡电池中的应用越来越多，对CMC-Na的要求也越来越高，有资料表明，W CMC-Na作为粘结剂，长期放电情况下电池充放电效率和循环特性下降较快；电离出的钢离 子可能会与碳阳极表面的裡离子发生交换反应，降低了裡离子的脱嵌效率，与电解液中的 裡离子发生反应后，易促进电解质溶液的分解。同时，钢盐导电效率比较低下，对于裡电池 体积小，质轻，能量高等优势不能充分体现。并且电解液在活性颗粒内的不充分渗透容易造 成电极的界面电阻增加W及电池内部电阻增加，在溫度较低的环境下，容易出现严重的析 裡现象，对电池的安全性能造成影响。
【发明内容】
[0005] 针对现有存在的问题，本发明的发明目的在于提供一种簇甲基纤维素裡作为粘结 剂在裡电池阳极上的应用。该簇甲基纤维素裡粘结剂比簇甲基纤维素钢粘结剂具有更好的 水溶性，簇甲基纤维素裡粘结剂浆料具有更好的分散性和粘结力。
[0006] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供簇甲基纤维素裡在制备裡电池阳极上 的用途。
[0007] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种裡电池阳极。该裡电池阳极特征在 于W簇甲基纤维素裡作为粘结剂制备得到。
[0008] 优选的，上述裡电池阳极中，所述的粘结剂还包括除簇甲基纤维素裡W外的其它 粘结剂。
[0009] 优选的，上述裡电池阳极，由W下重量百分比的原料制备而成：活性物质80~ 97%、乙烘黑1~4%、簇甲基纤维素裡0.5~10%、其它粘结剂0~10%。
[0010] 优选的，上述裡电池阳极，由W下重量百分比的原料制备而成：活性物质为90~ 97%，乙烘黑1~3%、簇甲基纤维素裡1~5%、其它粘结剂0~3%。 W11] 优选的，上述裡电池阳极中，所述的活性物质为：石墨材料，由A1、Si、Sn、Bi、化、 Ge、Ti、Ag、Mg、In、Pb中至少一种元素组成的化合物中的至少一种，由Al、Si、Sn、Bi、Zn、Ge、Ti、Ag、Mg、In、化中至少一种元素与裡形成的合金中的至少一种，裡氮化物。
[0012] 进一步的，上述裡电池阳极中，所述的石墨材料为天然石墨、焦炭、人造石墨、碳纤 维或碳材料所构成的复合物。
[0013] 进一步的，上述裡电池阳极中，所述的其它粘结剂为：下苯橡胶、LA132/133/135 或簇甲基纤维素钢。
[0014] 本发明所要解决的第=个技术问题是提供一种裡电池阳极的制备方法。该方法包 括W下步骤：将簇甲基纤维素裡配制成质量分数为1~4%的簇甲基纤维素裡溶液，再向其 中加入活性物质、乙烘黑、其它粘结剂后混匀得到混合浆料，将混合浆料诱注在集流体铜锥 上，干燥后压实，按实际要求切成电极片，即得裡电池阳极。
[0015] 优选的，上述裡电池阳极的制备方法中，所述的干燥为在92~105°C下干燥至恒 重。
[0016] 本发明用簇甲基纤维素裡盐代替簇甲基纤维素钢盐，能够额外地给整个裡电池提 供裡离子，增加了裡离子的总体数量；同时，簇甲基纤维素裡作为离子型聚合物，本身也能 结合和电离出裡离子，既能额外的提高正负极之间裡离子嵌入和脱出的数量，提高电池的 比容量，又能提高电池的循环效率，缩短正负极之间裡离子运动的路径，裡离子半径小，电 导率和传导率高。在进行2C倍率放电状态下，比容量至少能比现在裡电池所用的簇甲基纤 维素钢提高5%W上，电池内阻比现在裡电池所用的簇甲基纤维素钢改善至少10%W上， 相同循环下容量损耗更低，循环效率更高，使用寿命更长。
【附图说明】
[0017] 图1实施例1和对比例1的交流阻抗图 阳01引图2实施例和对比例的循环寿命曲线图
【具体实施方式】
[0019] 在裡电池领域，W有机溶剂N-甲基化咯烧酬（NI巧作为分散剂的聚偏氣乙締 (PVD巧油溶性粘结剂最为常见，而PVDF分子量分布较宽，结晶度一般为40%左右，结晶溫 度在140°C附化结晶度越高，离子在迁移就越困难，容易导致电阻内阻升高，活性物质从集 流体上脱离更容易，造成容量变差。而且NMP作为PVDF粘结剂的分散剂存在较多的弊端， 比如有毒、污染环境、回收困难、成本高、操作工艺要求高等不足，越来越多的厂商开始使用 水性粘结剂来生产裡电池电极。
[0020] 鉴于上述问题，本领域又开始采用簇甲基纤维素钢（CMC-Na或CMC)作为裡电池的 粘结剂来改善阳极的性能。但是，WCMC-Na作为粘结剂，长期放电情况下电池充放电效率 和循环特性下降较快；电离出的钢离子可能会与碳阳极表面的裡离子发生交换反应，降低 了裡离子的脱嵌效率，与电解液中的裡离子发生反应后，易促进电解质溶液的分解。同时， 钢盐导电效率比较低下，对于裡电池体积小，质轻，能量高等优势不能充分体现。并且电解 液在活性颗粒内的不充分渗透容易造成电极的界面电阻增加W及电池内部电阻增加，在溫 度较低的环境下，容易出现严重的析裡现象，对电池的安全性能造成影响。
[0021] 本发明在针对现有技术的不足而提供簇甲基纤维素裡在裡电池阳极上的应用。该 裡盐代替钢盐，能额外的给整个裡电池提供裡离子，增加了整个裡电池体系中的裡离子的 总体数量，同时CMC-Li作为离子型聚合物，本身也具有结合和电离出裡离子的能力。所W， 簇甲基纤维素裡既能额外的提高正负极之间裡离子嵌入和脱出的数量，提高电池的比容 量，又能提高电池的循环效率，缩短正负极之间裡离子运动的路径，具有电导率和传导率更 高，电解液渗透更充分的优点。
[0022] 同时，本发明方法还提供了利用簇甲基纤维素裡制备裡电池阳极的方法。该方法 包括W下步骤：原料由W下重量百分比的物质组成，活性物质80~97%、乙烘黑1~4%、 簇甲基纤维素裡0.5~10%、其它粘结剂0~10%;将簇甲基纤维素裡溶解在去离子水中配 制成质量分数为1~4%的簇甲基纤维素裡溶液，再向其中加入活性物质、乙烘黑、粘结剂 混匀得混合浆料，将混合浆料诱注在集流体铜锥上，干燥后压实，按实际要求切成电极片， 即得裡电池阳极。
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