[发明专利]一种高性能粘结剂及其在电极制备中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合粘结剂，及其在电极制备，锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等中的应用。

背景技术

锂离子电池目前已广泛应用于手机，笔记本电脑，摄像机等小型移动设备的供能，成为我们日常生活中不可或缺的一部分。近年来，锂离子电池也开始在电动汽车用动力电池，智能电网用储能电池等方面得到应用。

锂离子电池的性能与极片制作工艺有着很大的关系，如粘结剂的选择，活性材料、碳黑、粘结剂的比例等。目前常用的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)的NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶液。使用PVDF粘结剂容易形成浆料，浆料流动性好，在商品锂离子电池中得到了广泛应用。而对于一些在脱/嵌锂过程中体积形变较大的材料，在循环中会出现原来建立的导电网络被破坏，颗粒之间、颗粒与导电添加剂之间失去粘结，材料从集流体脱落，从而造成容量衰减。例如硅，其理论容量可达4400mAh/g，但在完全嵌锂后，颗粒体积膨胀三倍，这样在循环中造成颗粒粉化，容量迅速衰减。目前采取的措施主要是减小颗粒尺寸和进行硅碳复合。通过减小颗粒尺寸，在一定程度上减缓了容量的衰减，但仍不能得到很好的改善。通过进行硅碳复合，碳网络可以缓冲硅体积膨胀的作用，能较好的改善循环性能，这样就需要引入复杂的处理工艺，而且也降低了重量能量密度和体积能量密度。

因此，如果选用合适的粘结剂，使其能在活性物质体积形变较大时仍保持好的粘结性，将有效提高电极的循环性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种粘结剂及其在电极制备中的应用，使用这种粘结剂制备的电极用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等可以表现出更好的循环性能。

本发明提供的粘结剂包含：海藻酸钠(以下简记为NaAlg)10～90％，余量为羧甲基纤维素钠(以下简记为CMC)；其中，所述百分比为质量百分比。

优选地，NaAlg为40～60％，余量为CMC；所述百分比为质量百分比。

优选地，本发明的粘结剂所用溶剂为蒸馏水。

本发明的粘结剂用于电极制备，所用导电添加剂可以为乙炔黑、KB、石墨粉、石墨稀、碳纳米管、多孔碳等。

本发明的粘结剂用于电极制备，所用集流体可以为铜箔、铝箔、钛箔、镍网、泡沫镍等。

本发明还提供了将所述粘结剂用于制备电极和电池的应用。

将本发明的粘结剂用于制备电极时，可采用现有的锂离子电池电极的通用制作方法，即将粘接剂溶于一种溶剂形成粘稠溶液，然后和活性材料及导电添加剂共混形成具有一定流动性的浆料。另外一种方法是将活性材料与作为导电添加剂的粉体研磨混合后，加入粘结剂粉体研磨混合均匀，所述粘结剂占2-20wt.％。再加入溶剂研磨混合，直到形成均匀的胶状浆料，涂覆于集流体上制备电极片，涂覆后所得薄膜的厚度可以为2-500μm。将所得电极片裁剪成适合形状，在真空环境中100-150℃烘干后备用。

本发明提供的电极可用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等。所述锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等的改进之处在于使用本发明提供的粘结剂，使电池具有良好的循环性能。所述锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等具有循环寿命长等特点，所以特别适合于太阳能、风力发电所需的大规模储能电池，及智能电网调峰等大规模储能设备。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1是本发明实施例1所用的活性物质FeS粉末和制备的FeS电极的扫描电镜(SEM)图；

图2是本发明实施例1的FeS电极的前20周充放电曲线；

图3是本发明对比例1的FeS电极的前20周充放电曲线；

图4是本发明实施例4的Sn电极的首周充放电曲线；

图5是本发明对比例3的Sn电极的首周充放电曲线；

图6是本发明实施例5和对比例4的循环性能比较；

图7是本发明实施例6和对比例5的循环性能比较；

图8是本发明实施例7和对比例6的循环性能比较；

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。