[發明專利]一種高性能粘結劑及其在電極制備中的應用

無效

• 申請號: 201210014820.7
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN103205219A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 胡勇勝;趙亮;王躍生;潘慧霖;李泓;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C09J105/04
• 分類號: C09J105/04;C09J101/26;C09J9/02;C09J11/04;H01M4/62
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及一種混合粘結劑，及其在電極制備，鋰離子電池、鈉離子電池、超級電容器等中的應用。

背景技術

鋰離子電池目前已廣泛應用于手機，筆記本電腦，攝像機等小型移動設備的供能，成為我們日常生活中不可或缺的一部分。近年來，鋰離子電池也開始在電動汽車用動力電池，智能電網用儲能電池等方面得到應用。

鋰離子電池的性能與極片制作工藝有著很大的關系，如粘結劑的選擇，活性材料、碳黑、粘結劑的比例等。目前常用的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)的NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶液。使用PVDF粘結劑容易形成漿料，漿料流動性好，在商品鋰離子電池中得到了廣泛應用。而對于一些在脫/嵌鋰過程中體積形變較大的材料，在循環中會出現原來建立的導電網絡被破壞，顆粒之間、顆粒與導電添加劑之間失去粘結，材料從集流體脫落，從而造成容量衰減。例如硅，其理論容量可達4400mAh/g，但在完全嵌鋰后，顆粒體積膨脹三倍，這樣在循環中造成顆粒粉化，容量迅速衰減。目前采取的措施主要是減小顆粒尺寸和進行硅碳復合。通過減小顆粒尺寸，在一定程度上減緩了容量的衰減，但仍不能得到很好的改善。通過進行硅碳復合，碳網絡可以緩沖硅體積膨脹的作用，能較好的改善循環性能，這樣就需要引入復雜的處理工藝，而且也降低了重量能量密度和體積能量密度。

因此，如果選用合適的粘結劑，使其能在活性物質體積形變較大時仍保持好的粘結性，將有效提高電極的循環性能。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種粘結劑及其在電極制備中的應用，使用這種粘結劑制備的電極用于鋰離子電池、鈉離子電池、超級電容器等可以表現出更好的循環性能。

本發明提供的粘結劑包含：海藻酸鈉(以下簡記為NaAlg)10～90％，余量為羧甲基纖維素鈉(以下簡記為CMC)；其中，所述百分比為質量百分比。

優選地，NaAlg為40～60％，余量為CMC；所述百分比為質量百分比。

優選地，本發明的粘結劑所用溶劑為蒸餾水。

本發明的粘結劑用于電極制備，所用導電添加劑可以為乙炔黑、KB、石墨粉、石墨稀、碳納米管、多孔碳等。

本發明的粘結劑用于電極制備，所用集流體可以為銅箔、鋁箔、鈦箔、鎳網、泡沫鎳等。

本發明還提供了將所述粘結劑用于制備電極和電池的應用。

將本發明的粘結劑用于制備電極時，可采用現有的鋰離子電池電極的通用制作方法，即將粘接劑溶于一種溶劑形成粘稠溶液，然后和活性材料及導電添加劑共混形成具有一定流動性的漿料。另外一種方法是將活性材料與作為導電添加劑的粉體研磨混合后，加入粘結劑粉體研磨混合均勻，所述粘結劑占2-20wt.％。再加入溶劑研磨混合，直到形成均勻的膠狀漿料，涂覆于集流體上制備電極片，涂覆后所得薄膜的厚度可以為2-500μm。將所得電極片裁剪成適合形狀，在真空環境中100-150℃烘干后備用。

本發明提供的電極可用于鋰離子電池、鈉離子電池、超級電容器等。所述鋰離子電池、鈉離子電池、超級電容器等的改進之處在于使用本發明提供的粘結劑，使電池具有良好的循環性能。所述鋰離子電池、鈉離子電池、超級電容器等具有循環壽命長等特點，所以特別適合于太陽能、風力發電所需的大規模儲能電池，及智能電網調峰等大規模儲能設備。

附圖說明

以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施方案，其中：

圖1是本發明實施例1所用的活性物質FeS粉末和制備的FeS電極的掃描電鏡(SEM)圖；

圖2是本發明實施例1的FeS電極的前20周充放電曲線；

圖3是本發明對比例1的FeS電極的前20周充放電曲線；

圖4是本發明實施例4的Sn電極的首周充放電曲線；

圖5是本發明對比例3的Sn電極的首周充放電曲線；

圖6是本發明實施例5和對比例4的循環性能比較；

圖7是本發明實施例6和對比例5的循環性能比較；

圖8是本發明實施例7和對比例6的循環性能比較；

具體實施方式

下面通過具體的實施例進一步說明本發明，但是，應當理解為，這些實施例僅僅是用于更詳細具體地說明之用，而不應理解為用于以任何形式限制本發明。

本部分對本發明試驗中所使用到的材料以及試驗方法進行一般性的描述。雖然為實現本發明目的所使用的許多材料和操作方法是本領域公知的，但是本發明仍然在此作盡可能詳細描述。本領域技術人員清楚，在上下文中，如果未特別說明，本發明所用材料和操作方法是本領域公知的。