一種聚吲哚交聯(lián)聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及應(yīng)用該粘結(jié)劑的鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種聚吲哚交聯(lián)聚偏氟乙烯粘結(jié)劑以及應(yīng)用 該粘結(jié)劑的鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰電池生產(chǎn)制造廣泛應(yīng)用的粘結(jié)劑有聚偏氟乙烯以及羧甲基纖維素鈉和聚苯丙 橡膠的組合等。用量較大占據(jù)了鋰電池中組分較多比例，影響容量的發(fā)揮問題，并且由于介 電常數(shù)高影響鋰電池內(nèi)阻，放電容量，放電時(shí)溫度等問題。此交聯(lián)粘結(jié)劑除具備粘結(jié)性外， 還具有電子導(dǎo)電性，而且導(dǎo)電粘結(jié)劑本身的氧化還原特性，既能發(fā)揮粘結(jié)的作用又能在鋰 離子電池正負(fù)極中起到導(dǎo)電的作用，從而在減少傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑的用量，還能提高鋰離子 電池的容量。
[0003] 所謂導(dǎo)電高分子是由具有共輒π鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)"摻雜"使其由絕緣 體轉(zhuǎn)變成導(dǎo)體的一類高分子材料。它完全不同于金屬和碳粉末與高分子共混而制成的導(dǎo)電 塑料。通常導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)是由有高分子鏈結(jié)構(gòu)和與鏈非鍵合的一價(jià)陰離子或陽離子共 同組成。即在導(dǎo)電高分子中，除了具有高分子鏈外，還含有由"摻雜"而引入的一價(jià)對(duì)陰離 子（Ρ型摻雜）或?qū)﹃栯x子（η型摻雜）。因此導(dǎo)電高分子不僅具有由于摻雜而帶來的金屬 (高電導(dǎo)率）和半導(dǎo)體（ρ型和η型）的特性，還具有高分子結(jié)構(gòu)的可分子設(shè)計(jì)性、可加工性 和密度小等特點(diǎn)。常見的導(dǎo)電高分子有以下幾種：聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯、聚對(duì)苯乙 烯撐、聚苯胺等、聚吲哚等。
[0004] 有機(jī)高分子材料成為導(dǎo)體的必要條件是具有能使其內(nèi)部某些電子或空穴具有跨 鍵離域移動(dòng)能力的大η鍵共輒結(jié)構(gòu)。電子導(dǎo)電聚合物的特征是分子內(nèi)含有大的共輒η電 子體系。隨著η電子共輒體系的增大，離域性增強(qiáng)，當(dāng)共輒結(jié)構(gòu)達(dá)到足夠大時(shí)，化合物才可 提供電子或空穴等載流子，然后在電場(chǎng)的作用下，載流子可以沿聚合物鏈作定向運(yùn)動(dòng)，從而 使高分子材料導(dǎo)電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚吲哚交聯(lián)聚偏氟乙烯 粘結(jié)劑，能夠解決由于粘結(jié)劑的介電常數(shù)高所導(dǎo)致鋰電池內(nèi)阻高從而影響放電容量，放電 時(shí)溫度高等實(shí)際問題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種聚吲哚交聯(lián)聚偏氟乙烯粘 結(jié)劑，所述的粘結(jié)劑由聚吲哚和聚偏氟乙烯交聯(lián)聚合而成。
[0007] 進(jìn)一步地，所述聚吲哚與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為2~5:5~8。
[0008] 上述聚吲哚交聯(lián)聚偏氟乙烯粘結(jié)劑的制備方法，包括如下步驟：
[0009] (1)將聚吲哚與聚偏氟乙烯用三維攪拌機(jī)預(yù)混合3_4h，得到混合粉A;
[0010] ⑵將混合粉A冷卻至室溫（25°C)后，倒入N-甲基吡咯烷酮中，邊加入邊攪拌， 維持溫度在40-60°C，攪拌完成后真空-0.IMPa，并保持壓力維持0. 5h，得到混合膠體B;
[0011] (3)向膠體B內(nèi)加入偶聯(lián)劑，攪拌2h，維持溫度在40-60°C，得到混合膠體C;
[0012] (4)稱取交聯(lián)劑二異氰酸酯和N-甲基吡咯烷酮，室溫下攪拌5-10min，得到溶液 D；
[0013] (5)將溶液D迅速加入混合膠體C中，攪拌lh，得到粘結(jié)劑F。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中混合粉A的加入時(shí)間為0· 5h，整體攪拌時(shí)間為4h。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中使用使用雙星真空攪拌機(jī)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35-50rpm，分散轉(zhuǎn) 速 800-1000rpm。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中膠體B與偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為99.9 :0. 1。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35-50rpm。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟（4)中交聯(lián)劑二異氰酸酯與N-甲基吡咯烷酮的質(zhì)量比為1 : 9〇
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟（4)中公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35_50rpm。
[0020] 本發(fā)明還提供了應(yīng)用上述粘結(jié)劑的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：
[0021] (1)正負(fù)極漿料的制備：
[0022] 正極漿料的制備：稱取三元鎳鈷錳酸鋰、粘結(jié)劑F、Super-P和KS-6石墨導(dǎo)電劑，先 加入粘結(jié)劑F，然后加入KS-6石墨導(dǎo)電劑，攪拌lh;后加入Super-P，攪拌lh;再加入一半的 三元鎳鈷錳酸鋰，攪拌0. 5h;最后加入剩余一半的三元鎳鈷錳酸鋰，攪拌2. 5h;
[0023] 負(fù)極衆(zhòng)料的制備：稱取人工石墨、粘結(jié)劑F和Super-P，先加入粘結(jié)劑F，然后加入 Super-P，攪拌lh;再加入一半的人工石墨，攪拌0. 5h;最后加入剩余一半的人工石墨，攪拌 2. 5h；
[0024] (2)正、負(fù)極極片的制備：將上述制成的正極漿料涂覆在鋁箱上，在80°C下真空烘 烤6h，將負(fù)極漿料涂敷在銅箱上，在80°C下真空烘烤8h，后用壓片機(jī)碾壓并滾切成正、負(fù)極 極片；
[0025] (3)電池裝配：將上述正、負(fù)極極片與20μπι厚的聚乙烯隔膜卷繞成圓柱形鋰離子 電池電芯，收置于圓柱鍍鎳電池殼中并進(jìn)行底部焊接，輥槽。隨后，注入電解液，焊接正極 耳，封口，再使用酒精與純凈水清洗電池表面，熱風(fēng)烘干表面水漬，制成測(cè)試電池；
[0026] (4)電池化成：將制作好的電池室溫靜置12h后，按照第一步，恒流0.02C充電 0. 5h;第二步，恒流0. 1C充電2h;第三步，恒流0. 5C充電4h;第四步，恒流恒壓使用0. 5C充 電，截止電壓3. 95V，截止電流0. 02C;第五步，靜置6h后，0. 5C恒流恒壓充電至4. 2V截止 電壓，截止電流0. 02C。
[0027] 進(jìn)一步地，所述三元鎳鈷猛酸鋰：粘結(jié)劑F:Super-P:KS_6石墨導(dǎo)電劑= 95.5:52.4:1:1，所述人工石墨：粘結(jié)劑？：5即6廣卩 ：=95.5:52.4:1.5〇
[0028] 進(jìn)一步地，加入KS-6石墨導(dǎo)電劑，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散800rpm;加入Super-P，公 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散lOOOrpm;加入一半的三元鎳鈷猛酸鋰，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散lOOOrpm; 加入剩余一半的三元鎳鈷猛酸鋰，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散600rpm。
[0029] 進(jìn)一步地，加入Super-P，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速50rpm，分散lOOOrpm;加入一半的人工石墨，公 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速50rpm，分散lOOOrpm;加入剩余一半的人工石墨公，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速50rpm，分散800rpm。
[0030] 進(jìn)一步地，所述電解液為L(zhǎng)0mol/LLiPF6AEC+EMC+DMC)，所述EC、EMC和DMC的 質(zhì)量比為1 : 1 : 1。
[0031] 本發(fā)明還提供了上述聚吲哚交聯(lián)聚偏氟乙烯粘結(jié)劑在鋰離子電池中的應(yīng)用。
[0032] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0033] (1)本發(fā)明將具有導(dǎo)電性能的聚B引噪和粘結(jié)性較好的聚偏氟乙烯進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)得 至IJ粘結(jié)性基本不變但導(dǎo)電性能得到提升的粘結(jié)劑，從而提高電池的性能。
[0034] (2)本發(fā)明有效地降低了電池內(nèi)阻，減緩電池內(nèi)部極化，降低電池放電時(shí)候電池本 身歐姆內(nèi)阻消耗的容量，從而提高放電容量，降低電池放電溫度。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 對(duì)比試驗(yàn)
[0036] 只使用聚偏氟乙烯作為粘結(jié)劑，不進(jìn)行交聯(lián)。
[0037] 聚偏氟乙烯粘結(jié)劑的制備方法，包括如下步驟：
[0038] (1)將5kg聚偏氟乙烯，倒入95kgN-甲基吡咯烷酮中，邊加入邊攪拌，加入時(shí)間 為0. 5h，整體攪拌時(shí)間為4h，使用使用雙星真空攪拌機(jī)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35-50rpm，分散轉(zhuǎn)速 800-1000rpm，維持溫度在40-60°C，攪拌完成后真空-0.IMPa，并保持壓力維持0. 5h，得到 混合膠體B0。
[0039] 應(yīng)用上述粘結(jié)劑的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：
[0040] (1)正負(fù)極漿料的制備：
[0041] 正極衆(zhòng)料的制備：稱取95. 5kg三元鎳鈷猛酸鋰、50kg混合膠體BO、lkgSuper-P 和lkgKS-6石墨導(dǎo)電劑，三元鎳鈷猛酸鋰：混合膠體BO:Super-P:KS-6石墨導(dǎo)電劑 =95. 5:50:1:1，先加入混合膠體B0,然后加入KS-6石墨導(dǎo)電劑，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散 800rpm，攪拌lh;后加入Super-P，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散lOOOrpm，攪拌lh;再加入一半的三 元鎳鈷錳酸鋰，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散lOOOrpm，攪拌0· 5h;最后加入剩余一半的三元鎳鈷錳 酸鋰，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速35rpm，分散600rpm，攪拌2. 5h;
[0042] 負(fù)極漿料的制備：稱取95. 5kg人工石墨、50kg混合膠體B0和1. 5kgSuper-P，人工 石墨：混合膠體B0 :Super-P:= 95. 5:50:1. 5,先加入粘結(jié)劑F，然后加入Super-P，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速50rpm，分散lOOOrpm，攪拌lh;再加入一半的人工石墨，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速50rpm，分散lOOOrpm， 攪拌0· 5h;最后加入剩余一半的人工石墨，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速50rpm，分散800rpm，攪拌2. 5h;
[0043] (2)正、負(fù)極極片的制備：將上述制成的正極漿料涂覆在鋁箱上，在80°C下真空烘 烤6h，將負(fù)極漿料涂敷在銅箱上，在80°C下真空烘烤8h，后用壓片機(jī)碾壓并滾切成正、負(fù)極 極片；
[0044] (3)電池裝配：將上述正、負(fù)極極片與20μπι厚的聚乙烯隔膜卷繞成圓柱形鋰離子 電池電芯，收置于圓柱鍍鎳電池殼中并進(jìn)行底部焊接，輥槽。隨后，注入電解液，電解液為 1.0mol/LLiPF6パEC+EMC+DMC)，EC、EMC和DMC的質(zhì)量比為l:l:l，焊接正極耳，封口， 再使用酒精與純凈水清洗電池表面，熱風(fēng)烘干表面水漬，制成測(cè)試電池；
[0045](4)電池化成：將制作好的電池室溫靜置12h后，按照第一步，恒流0.02C充電 0. 5h;第二步，恒流0. 1C充電2h;第三步，恒流0. 5C充電4h;第四步，恒流恒壓使用0. 5C充 電，截止電壓3. 95V，截止電流0. 02C;第五步，靜置6h后，0. 5C恒流恒壓充電至4. 2V截止