专利名称：一种粘结剂及应用该粘结剂的锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池的制造领域，特别是与锂离子电池正负极浆料的 粘结剂有关。
背景技术：
随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电 源提出了很高的要求。锂电池具有更高的重量能量比、体积能量比； 电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电池的 串联电压；自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性；无 记忆效应，锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电 前无需放电；寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远 大于500次；可以快速充电。锂电池通常可以采用0. 5-1倍容量的电 流充电，使充电时间縮短至l-2小时；可以随意并联使用；由于电池 中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿 色电池。由于锂电池的诸多优点，使其随之进入了大规模的实用阶段。近年来锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑以及各种便携式 整机配套能源。锂离子电池已经取得了积极的研究并朝着提高电池容 量、提高相关电化学性能及提高加工性能方向发展，但是大多数研究 是向正负极材料的改进、电解液添加剂的使用等。而本发明人通过对 行业的多方面了解发现目前锂离子电池在正极浆料的制备或锂离子电池负极浆料的制备时只使用的单一规格型号(单一级别分子量)的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，而不同级别分子量的聚偏氟乙烯对电池正、负极浆料的制备，正、负极片涂布的粘结性能或电池的电化学性能有不同的影响。例如1)低分子量的聚偏氟乙烯添加量需要比较高才能保证桨料涂布的粘结性能，但聚偏氟乙烯含量较高时会降低活性物质的含量，降低正、负极极片的最大压实密度，增加电池内阻，降低循环性能等；2)高分子量聚偏氟乙烯在配制浆料时会使浆料的 黏度大大增大，在浆料进行间隙涂布时会出现明显的"拉丝""拖尾" 现象。所以说锂离子电池中使用单一规格型号粘结剂聚偏氟乙烯比较 难同时达到正、负极浆料加工性能优异、极片粘结性能优异和电池电 化学性能优异的效果。发明内容本发明的目的是提供一种用于锂离子电池正负极浆料的粘结剂， 以提高正、负极浆料的加工性能，改善现有粘结剂在浆料制备过程中 黏度难以控制的状况，提高正、负极片的粘结性能，并可以提高锂离 子电池的电化学性能。本发明的再一目的是提供应用该粘结剂的锂离子电池。为实现上述目的，本发明的解决方案是一种粘结剂，由至少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为l: 10-10: 1。所述粘结剂由分子量级别为30001-40000与分子量级别为 80001-90000的聚偏氟乙烯以2: 1的比例混合组成。一种应用上述粘结剂的锂离子电池，其正极浆料中的粘结剂由至 少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯 混合组成，比例范围为l: 10-10: 1。所述粘结剂由分子量级别为30001-40000与分子量级别为 80001-90000的聚偏氟乙烯以2: 1的比例混合组成。每种聚偏氟乙烯占桨料干重的质量分数为0. 1-7. 9%，粘结剂所 占的总质量分数为1.0-8.0%。一种应用上述粘结剂的锂离子电池，负极浆料中的粘结剂由至少 2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为1: 10-10: 1。正极浆料中的粘结剂由至少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为l: 10-10: 1。所述粘结剂由分子量级别为30001-40000与分子量级别为 80001-90000的聚偏氟乙烯以2: 1的比例混合组成。每种聚偏氟乙烯占浆料干重的质量分数为0. 1-7. 9%，粘结剂所 占的总质量分数为1. 0-8. 0%。不同级别分子量的PVDF中PVDF的级别定义为分子量以每10000 为一个单位，算为一个级别，例如分子量为10000-20000为一个分 子量级别，分子量为20001-30000为一个级别。聚偏氟乙烯的分子链长度和支链的多少决定了聚偏氟乙烯分子 量的大小，分子量大，则分子链会相对较长或分子支链相对较多，分 子量小，则分子量会相对较短或分子支链相对较少。聚偏氟乙烯分散 在浆料中以后，在涂布时聚偏氟乙烯的分子链和分子支链在极片中起 到了主要的粘结作用。分子链长的和分子链短的聚偏氟乙烯结合，分 子支链的多和分子支链少的聚偏氟乙烯结合使用，能在浆料和极片中 形成更为交错复杂的网状粘结效果。极片的粘结性好，是所要达到的 目的，这就要求极片中分布的聚偏氟乙烯分子链网更为稠密，但聚偏 氟乙烯是不良导体，这就会对极片的导电性有不良的影响，从而影响 到了电池的一些相关电化学性能，这也就要求了极片中聚偏氟乙烯的 添加量要合适。所以选用不同级别分子量的聚偏氟乙烯按一定的比例 惨杂使用，能更好地保证极片粘结性能合提升电池的相关电化学性 能。使用本发明制作锂离子电池的方法是(1)将2种或2种以上粘结剂聚偏氟乙烯掺杂使用，配制成正极浆料，然后以铝箔为集流体， 在上面涂上正极浆料，烘烤，按照要求裁剪成相关尺寸辊压成需要的正极片；(2)或将2种或2种以上粘结剂聚偏氟乙烯掺杂使用，配制成负极浆料，以铜箔为集流体，在上面涂上负极浆料，烘烤，按照要求裁剪成相关尺寸辊压成需要负极片；(3)装配电芯，将正负极 极片通过隔膜分隔开巻绕形成裸体电芯；(4)在手套箱中进行注液， 电解液主要是由EC/EMC/PC/DEC/DMC(碳酸乙烯酯、甲基乙基碳酸酯、 丙烯炭酸酯、二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯)等有机溶剂添加 0. 5-2mol/L的锂盐形成；(5)对注液后的电芯进行活化。这样，本发明由于采用2种或2种以上不同级别分子量的聚偏氟 乙烯按一定的比例(比例范围为l: 10-10: 1)进行掺杂使用，可以 明显提高正、负极浆料的加工性能(改善单一规格型号聚偏氟乙烯在 正极浆料制备或负极浆料制备过程中粘度的难以控制)，提高正、负 极片的粘结性能，并可以提高锂离子电池的电化学性能。
图1是本发明实施例和比较例电池正极混粉克比容量曲线；图2是本发明实施例和比较例电池内阻比较曲线；图3是本发明实施例和比较例电池放电3.6V平台容量效率曲线；图4是本发明实施例和比较例电池1C循环性能曲线。
具体实施方式
以下给出一具体实施例及一现有技术的比较例。 在浆料配方中，2禾中PVDF的添加比例为仏=0.卜7.9%; W2 = 0. 1-7. 9%; W总二Wi+WFl. 0-8. 0% (W!， W2， W总表示正极或负极浆料 配制过程中所有干粉物质的质量分数，Wi表示第1种PVDF的质量分 数，W2表示第2种PVDF的质量分数，W总表示PVDF的总质量分数)。 为方便描述，以下将分子量级别为30001-40000的聚偏氟乙烯称为 聚偏氟乙烯1;分子量级别为80001-90000的聚偏氟乙烯称为聚偏氟乙烯2。实施例按如下配比配制正极浆料聚偏氟乙烯l:聚偏氟乙烯2:导电剂钴酸锂二1.0: 0.5: 2.0:96. 5 (wt%)然后以铝箔为集流体，在上面涂上正极浆料，烘烤，按照要求裁 剪成相关尺寸辊压成需要的正极片，负极采用正常生产配比负极片，中间以PE (聚乙烯)或PP (聚丙烯)为隔膜巻绕成电芯进行灌注电 解液(碳酸乙烯酯EC:甲基乙基碳酸酯EMC: 二乙基碳酸酯DEC-1: 1: 1 (wt%)，锂盐为lmol/L的六氟磷酸锂)。然后按锂离子电池正常生产工艺制作试验电池。 比较例按如下配比配制正极浆料，聚偏氟乙烯l:导电剂钴酸锂=3.0: 2.0: 95.0 (wt°/o)将按上述配比配制好的浆料进行涂布、制片，负极采用正常生产配比负极片，中间以PE/PP/PE (PE为聚乙烯，PP为聚丙烯)为隔膜 巻绕成电芯进行灌注EC/EMC/DEC=1:1:1 (wt%) lmol/L LiPF6电解液。 然后按锂离子电池正常生产工艺制作试验电池。通过对比实施例和比较例电池进行电池正极混粉克比容量(参阅 图1)、电池内阻(图2)、放电3.6V平台容量效率(图3)、电 池1C倍率循环性能(图4)测试发现，正极配料采用2种不同级别 聚偏氟乙烯掺杂使用使电池混粉克比容量更高，从图1可以明显看 到，实施例电池正极的混粉克比容量普遍要较比较例高出2mAh/g左 右；电池内阻更低，从图2可以明显看到实施例电池的内阻普遍要较 比较例低出2-3mQ左右；放电3.6V平台容量效率更高，从图3可以 明显看到实施例电池的3.6V平台容量效率普遍要较比较例高出 0. 5-1. 0%左右；1C倍率循环性能表现也相对更好，从图4可以明显看到实施例循环300次循环容量保持率能保持94%，而对比例约 为91%。综上所述，本发明由于采用2种或2种以上不同级别分子量的聚偏氟乙烯按一定的比例(比例范围为l: 10-10: 1)进行掺杂使用，可以明显提高正、负极浆料的加工性能，改善单一规格型号聚偏氟乙 烯在正极浆料制备或负极浆料制备过程中粘度的难以控制的状况，提 高正、负极片的粘结性能，并可以使电池混粉克比容量更高，电池内阻更低，放电3.6V平台容量效率更高，1C倍率循环性能更好，循 环次数更多，从而提高锂离子电池的电化学性能。
权利要求
1、一种粘结剂，其特征在于由至少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为1∶10-10∶1。
2、 如权利要求1所述的一种粘结剂，其特征在于所述粘结剂由分子量级别为30001-40000与分子量级别为80001-90000的聚偏氟 乙烯以2: 1的比例混合组成。
3、 一种应用如权利要求1所述粘结剂的锂离子电池，其特征在 于正极浆料中的粘结剂由至少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为l: 10-10: 1。
4、 如权利要求3所述的一种应用上述粘结剂的锂离子电池，其 特征在于所述粘结剂由分子量级别为30001-40000与分子量级别为 80001-90000的聚偏氟乙烯以2: 1的比例混合组成。
5、 如权利要求3所述的一种应用上述粘结剂的锂离子电池，其 特征在于每种聚偏氟乙烯占浆料干重的质量分数为0.1-7.9%，粘 结剂所占的总质量分数为1. 0-8. 0%。
6、 一种应用上述粘结剂的锂离子电池，其特征在于负极浆料 中的粘结剂由至少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为l: 10-10: 1。
7、 如权利要求6所述的一种应用上述粘结剂的锂离子电池，其特征在于正极浆料中的粘结剂由至少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为1: 10-10: 1。
8、 如权利要求6或7所述的一种应用上述粘结剂的锂离子电池， 其特征在于所述粘结剂由分子量级别为30001-40000与分子量级别 为80001-90000的聚偏氟乙烯以2: 1的比例混合组成。
9、 如权利要求6或7所述的一种应用上述粘结剂的锂离子电池，其特征在于每种聚偏氟乙烯占浆料干重的质量分数为0. 1-7. 9%， 粘结剂所占的总质量分数为1. 0-8. 0%。
全文摘要
本发明提供一种用于锂离子电池正负极浆料的粘结剂，由至少2种分子量范围为10000-1500000的不同级别分子量的聚偏氟乙烯混合组成，比例范围为1∶10-10∶1，以提高正、负极浆料的加工性能，改善现有粘结剂在浆料制备过程中黏度难以控制的状况，提高正、负极片的粘结性能，并可以提高锂离子电池的电化学性能。本发明还提供应用该粘结剂的锂离子电池。
文档编号H01M4/62GK101265397SQ20081002742
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月14日 优先权日2008年4月14日
发明者李中延, 邱春波 申请人:东莞市迈科新能源有限公司