[发明专利]导电粘结剂的制备及在电池电极中的应用

说明书

本发明涉及粘结剂的合成技术，旨在提供导电粘结剂的制备及在电池电极中的应用。其制备方法包括：将吡咯溶解于二甲基亚砜中，分散后得到吡咯溶液；β‑环糊精溶解于二甲基亚砜中后，加至吡咯溶液中；分散使吡咯分子进入环糊精空腔；真空干燥后，得到吡咯环糊精包合物；取吡咯环糊精包合物加至二甲基亚砜中；取双氧水的二甲基亚砜中，然后将双氧水的二甲基亚砜混合液滴加至吡咯环糊精包合物的二甲基亚砜溶液中；超声振动分散，加热蒸发掉二甲基亚砜，得到聚吡咯环糊精包合物导电粘结剂。与传统粘结剂相比，本发明得到的具有导电性的水溶性粘结剂，可以大大降低电极阻抗；制备的粘结剂环保绿色，可有效提高燃料电池、锂离子电池、超级电容的性能。

技术领域

本发明涉及一种粘结剂的合成技术，更具体的说，涉及提高粘结剂的导电性的导电粘结剂以及制备方法，用于各种电池电极的制备。

背景技术

电池电极需要电极材料具有较好的传质能力和较高的比表面积以提高电池的性能，因此电极材料的粒度往往都是微米级或纳米级的。微米级或纳米级的电极材料颗粒需要粘结剂将它们粘合在一起才能形成电极。因为粘结剂通常是绝缘体，虽然粘结剂在电极中所占的质量比并不大，但对电极性能的影响显著，无论是燃料电池、锂离子电池等二次电池、超级电容器等，粘结剂的作用是不可替代的。

以锂离子电池的电极粘结剂为例，不仅要求粘接剂具有基本功能及性能；如：保证活性物质制浆时的均匀性和安全性；对活性物质颗粒间起到粘接作用；将活性物质粘接在集流体上；保持活性物质间以及和集流体间的粘接作用；有利于在碳材料(石墨)表面上形成SEI膜等，还要求一些专属物理化学性能如：在干燥和除水过程中加热到130—180℃情况下能保持热稳定性；能被有机电解液所润湿；具有良好的加工性能；不易燃烧；对电解液中的LiClO₄，LiPF₆等稳定；具有比较高的电子离子导电性；用量少，价格低廉。

粘结剂分为水系和油系粘结剂，对应的溶剂是水系的去离子水和油系的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂。油系粘结剂通常为聚偏氟乙烯(PVDF)，是一种具有高介电常数的聚合物材料，具有良好的化学稳定性和温度特性，具有优良的机械性能和加工性，对提高粘结性能有积极的作用，被广泛应用于锂离子电池中，作为正负极粘结剂。水系粘结剂如羟甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈多元共聚物(LA132)、聚丙烯酸丁脂(PBA)和聚丙烯腈(PA)等，对环境无污染、环保，已经成为主流粘结剂。虽然水系粘结剂在一定程度上改善了离子传导能力，但都是绝缘材料，几乎没有任何电子导电能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种导电粘结剂的制备及在电池电极中的应用。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种导电粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取0.15～0.9g吡咯，室温下溶解于50mL的二甲基亚砜(DMSO)中，超声振动分散5分钟后得到吡咯溶液；取2～10g的β-环糊精，溶解于40mL DMSO中后，加至吡咯溶液中；超声振动分散30分钟，使吡咯分子进入环糊精空腔；真空干燥后，得到吡咯环糊精包合物；

(2)取吡咯环糊精包合物2～5g，加至30mL的DMSO中；取0.2～2mL质量浓度10wt％的双氧水，加入70mL的DMSO中，然后将双氧水的DMSO混合液滴加至吡咯环糊精包合物的DMSO溶液中；超声振动分散30分钟后，相邻吡咯环糊精包合物中的吡咯发生聚合，形成贯穿环糊精空腔的线性聚吡咯；加热蒸发掉DMSO，得到聚吡咯环糊精包合物导电粘结剂。

本发明中，所述超声振动的频率为40kHz。