(10)申请公布号 CN 102064326 A
(43)申请公布日 2011.05.18C N 102064326 A
*CN102064326A*
(21)申请号 201010591203.4
(22)申请日 2010.12.16
H01M 4/62(2006.01)
(71)申请人东莞新能源电子科技有限公司
地址523080 广东省东莞市南城区白马管理
区新能源科技园
(72)发明人梅铭 赖旭伦 许瑞 赵丰刚
柳娜
(74)专利代理机构广州三环专利代理有限公司
44202
代理人王基才
王静
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种锂离子电池正负极材料分
烯醚。相对于现有技术，本发明的分散剂具有以
下优点：1)添加方法简单；2)分散效果好；3)应
用范围广；4)电化学性能稳定；5)可改善电池的
低温性能；6)可改善电池的安全性能，对过充、穿
钉、侧压、重物冲击等安全测试均有改善。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 3 页
1.一种锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述分散剂中的表面活性剂为改性聚氧乙烯醚。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述改性聚氧乙烯醚的改性基团为脂肪醇、芳香醇、聚硅氧烷、芳香酸的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述改性聚氧乙烯醚的分子量为2000～10000。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述改性聚氧乙烯醚改性基团链段的分子量为200～5000。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述改性聚氧乙烯醚改性基团链段的分子量最佳为1000～2000。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述分散剂中还包括溶剂、防霉剂和防锈剂。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：分散剂中各成分的质量百分含量为：改性聚氧乙烯醚15％～90％；溶剂5％～80％；防霉剂1％～2％；防锈剂1％～4％。
8.根据权利要求6所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述溶剂为去离子水、N-甲基吡咯烷酮、醇类或醚类中的一种或几种，或是含6～8个碳的芳香基、3～6个氮的氨基或6～10个碳的直链或支链羟基。
9.根据权利要求6所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述防霉剂为长效多谱防霉剂。
10.根据权利要求6所述的锂离子电池正负极材料分散剂，其特征在于：所述防锈剂为有机酸钠盐。
锂离子电池正负极材料分散剂
技术领域
[0001] 本发明涉及一种分散剂，尤其是一种对锂离子电池正负极材料有较好分散效果的分散剂。
背景技术
[0002] 锂离子电池由于具有能量密度高、工作电压高、应用温度范围宽、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，甚至在航空、航天、航海、汽车、医疗设备等领域中逐步取代其他的传统电池，尤其是其高能量密度更是为移动设备的小型化做出了重要贡献。
[0003] 锂离子电池制备过程中通常存在有效物质如导电碳、活性物质(如石墨、钴酸锂、锰酸锂、锂镍钴锰等)的分散困难，导致电池的性能得不到充分发挥，影响了电池能量密度提升以及锂离子电池在高低温、安全等领域的应用。
[0004] 为了克服上述缺陷，通常采用更好结构的正负极材料如二次粒子、碳包覆材料以及纳米改性材料等，这样虽然能够改善电池的某些性能，但并不能显著改善电池的电化学性能。电池的性能提高实际上与活性材料的有效分散及活性材料的表面修饰有关，电池制备的工艺过程中既要将活性材料充分分散，又要不破坏活性材料本身的结构，更不能使活性物质在分散过程中被打碎。活性材料如石墨的粒径通常为几个微米至十几个微米之间，导电碳及纳米碳管的有效粒径更小，仅靠强化分散设备如高速分散机、乳化机、行星搅拌机的搅拌强度并不能解决问题。
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种对锂离子电池正负极材料有较好分散效果的分散剂。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于：提供一种分散效果较好的锂离子电池正负极材料分散剂，以改善锂离子电池的性能。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供一种锂离子电池正负极材料分散剂，所述分散剂中的表面活性剂为改性聚氧乙烯醚。
[0008] 所述改性聚氧乙烯醚的改性基团为脂肪醇、芳香醇、聚硅氧烷、芳香酸的一种或几种。引入这些改性基团一方面用于电极浆料制备中，需要在保证加工性能的情况下尽量提高活性物质的含量，高分子材料如CMC、SBR、PVDF的加入在浆料制备阶段主要是起悬浮活性物质颗粒的作用，一般聚合物Binder的分子量在10万以上，而表面活性剂的分子量(Mw)约在2000～10000，可以在单位添加量内提供更多的极性基团吸附在活性物质颗粒上，使浆料的稳定性得到提高。同时多官能团的表面活性剂可以改善活性粉料如石墨的亲水亲电解质性能，当极片干燥后残留于极片中，制备成电芯后还可以发挥活性物质与电解液的浸润性能，从而提升电芯的电化学性能。
[0009] 所述改性聚氧乙烯醚的分子量为2000～10000，改性聚氧乙烯醚以分子量分布较
窄为好，这种大小分子量的表面活性剂与溶剂的相溶性好，同时更易吸附于活性物质的表面上，起到
稳定浆料的作用，使用分子量分布窄的表面活性剂其CMC值(临界胶束浓度)较小，可以尽量减少分散剂的添加量。
[0010] 所述改性聚氧乙烯醚中改性基团链段的分子量为200～5000，最佳为1000～2000。聚氧乙烯醚链段过长其流动状态对温度敏感，对贮存和运输均有不利影响；链段过短则电化学性能不稳定，不能适用于锂离子电池过宽的工作窗口电压(3.0～4.2V)。[0011] 所述分散剂中还包括溶剂、防霉剂和防锈剂。
[0012] 分散剂中四种物质的质量含量为：改性聚氧乙烯醚15％～90％；溶剂5％～80％；防霉剂1％～2％；防锈剂1％～4％。
[0013] 所述溶剂为去离子水、N-甲基吡咯烷酮、醇类或醚类中的一种或几种，也可以是含6～8个碳的芳香基、3～6个氮的氨基或6～10个碳的直链或支链羟基。
[0014] 所述防霉剂为长效多谱防霉剂。
[0015] 所述防锈剂为有机酸钠盐。
[0016] 相对于现有技术，本发明的分散剂具有以下优点：1)添加方法简单，避免了对原有电池制备工艺及设备的更换；2)分散效果好，对导电剂、活性材料均能达到极佳的分散效果，缩短上述活性材料
的分散时间；3)应用范围广，可应用于正/负极材料制备中，并对水性体系和溶剂性体系均能适用；4)电化学性能稳定，在0～4.5V电压内稳定；5)可改善电池的低温性能；6)可改善电池的安全性能，对过充、穿钉、侧压、重物冲击等安全测试均有改善。
附图说明
[0017] 下面结合说明书附图和各个具体实施例，对本发明及其有益技术效果进行详细说明，其中：
[0018] 图1为本发明各实施例制备的浆料涂成极片后的扫描电镜(SEM)图片。[0019] 图2为本发明实施例分散剂在负极中的循环伏安(CV)曲线。
[0020] 图3为图2的局部放大图。
[0021] 图4为本发明实施例分散剂在正极中的循环伏安(CV)曲线。
具体实施方式
[0022] 本发明中的改性聚氧乙烯醚类分散剂是一类对电池正负极材料均有良好分散效果的分散剂，具有良好的电化学性能，其一方面是作为分散剂主要成份的改性聚氧乙烯醚的结构是可调节的，从而可以形成满足不同技术要求的产品；二是分散剂作为电极材料的一种组成物质，其对电池其他的活性成
分没有影响或具有一定的改进作用，因而满足更多的需求。再一方面，锂离子电池由于还原电位低，很多助剂在低的还原电位下会发生分解，从而会引起电池性能的劣化，通过添加改性聚环氧乙烯醚类分散剂可以有效解决上述缺陷，使电池的电化学性能得到优化。
[0023] 本说明书所涉及的试剂及供应商如表1所示。
[0024] 表1、所用试剂及供应商明细
[0025]
试剂名称供应商
聚乙二醇(600) Amperex Technology Co.，Ltd
石墨 Amperex Technology Co.，Ltd
钴酸锂 Amperex Technology Co.，Ltd
锂镍钴锰 Amperex Technology Co.，Ltd
磷酸铁锂 Amperex Technology Co.，Ltd
合金材料 Amperex Technology Co.，Ltd
Super“p”Li Timical Company
碳纳米管 Amperex Technology Co.，Ltd
聚偏氟乙烯 Amperex Technology Co.，Ltd
丁苯胶乳 Amperex Technology Co.，Ltd
分散剂 Amperex Technology Co.，Ltd
N-甲基吡咯烷酮 Amperex Technology Co.，Ltd
PVDF-HEP(PVDF) Amperex Technology Co.，Ltd
电解质 Amperex Technology Co.，Ltd
羧甲基纤维素钠 Amperex Technology Co.，Ltd
[0026] 一、分散剂的制备：
[0027] (1)聚氧乙烯醚的制备
[0028] 称取20kg聚乙烯醇加入到100L不锈钢反应釜内，同时称取10kg甲苯或其它极性较小的溶剂加入反应釜中作为打底溶剂。关闭加料口用氮气(N
)(494kPa)置换3次，以
2
排除釜内的空气，同时开始加热升温至110℃-120℃，抽真空2-3次进行真空脱水，时间约10min，然后再向釜内充氮气(N
)至稍高于常压。加入分析纯烧碱(NaOH)或火碱(KOH)，并
2
通入适量的脱水环氧乙烷气体，直至通入量达到预定要求。期间，需要通过冷却挥发出的回流甲苯并进行油水分离器脱除反应中生成的少量水，通过测定产物的黏度控制产品的分子量。当分子量接近200～5000时，关闭环氧乙烷进料阀，继续添加约15kg氢化甲基硅油或氨基硅油并补加少量催化剂继续反应至分子量约为1000-8000；同时，采取回流法脱去大
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