一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法

摘要

该导电粘结剂实现粘结剂与导电剂合二为一，从而可提高极片活性物质的含量，进一步提升电芯能量密度。

12月25日，华为的一项锂电池相关专利获得国家知识产权局授权，发明名称为“一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法、锂离子电池电极极片及制备方法和锂离子电池”。

根据描述，该导电粘结剂兼具良好的导电性能和粘结性能，且具有一定的强度，不但能提高电极极片导电性，而且在低添加量下，能实现更好地与活性物质（例如钴酸锂、石墨、硅等）结合的效果，可大大降低电芯内阻，并能有效抑制活性物质的粉化。

此外，该导电粘结剂实现粘结剂与导电剂合二为一，从而可提高极片活性物质的含量，进一步提升电芯能量密度。

专利显示，这种锂离子电池用导电粘结剂由石墨烯以及接枝在石墨烯表面的第一粘结剂和第二粘结剂组成。

其中石墨烯用量占总质量的0.1%~10%，石墨烯粒子厚度为5nm~50nm，D50粒径50nm~5000nm。第一粘结剂质量占比20%~50%，第二粘结剂采用聚丙烯酸和聚酰亚胺等材料，通过化学键与第一种粘结剂结合。

当前，显著提升锂离子电池能量密度的技术方案之一，是将现有的石墨负极材料替换为硅等合金材料。然而硅在循环过程中会发生体积膨胀从而脱落，导致电池寿命迅速衰减。

华为这项专利描述了导电粘结剂抑制硅颗粒粉化膨胀的效果，如下图，1为硅颗粒，2为石墨烯，3为接枝在石墨烯上的粘结剂分子链。

（导电粘结剂抑制硅颗粒粉化膨胀的效果示意图）

硅颗粒被限制在这个中空结构中，即使发生膨胀，也不会损失性能。当硅颗粒嵌锂膨胀时，粘结剂高分子链伸展，为体积膨胀提供应力释放空间；当硅颗粒脱锂收缩时，粘结剂高分子链再次缠绕收缩，使得石墨烯与硅始终保持接触。

（首次充放电效率和容量保持率的测试结果）

通过这项专利制成的两种扣式原型电池，在经过50次循环之后，容量保持率均达到90%以上，放电效率达到97%、98%。

专利提到，制备得到的锂离子电池用导电粘结剂可以有效缓冲充放电过程中活性材料的体积变化带来的负面影响，提高电池的循环特性，且该锂离子电池用导电粘结剂同时作为导电剂和粘结剂，可提高正负极嵌锂活性物质含量，进而提升电芯能量密度。

参考文献：

华为技术有限公司.一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法、锂离子电池电极极片及制备方法和锂离子电池:中国,CN107369835B[P].2020-12-25.

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