[發明專利]一種水性無機膠及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201611261845.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106784845A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 朱加雄;蔡小娟;蘇養湘
• 申請（專利權）人: 深圳市豪鵬科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/30;H01M4/24;H01M4/32
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 李先林

技術領域

本發明屬于電極漿料領域，具體是一種水性無機膠及其制備方法與應用。

背景技術

一般而言，大多數水性體系的電池，尤其是涂膏式電極（在導電基體上涂覆活性物質，并且涂覆時活性物質以及其它組分的混合物呈現濕潤的狀態，如凝膠狀、有流動性的濕漿、半濕潤的固體混合物等），為增加活性物質分布的均一性，混合物的穩定性以及可涂覆的均勻性等，通常都會添加一些增稠劑、懸浮劑、乳化劑、絮凝劑、膠體保護劑、流體改性劑、粘結劑等，為敘述方便，本文中暫時將實現這些功能的物質，統稱為水性有機高分子膠體，常見的有纖維素類如CMC、HPMC、HEC、MC等，多糖類如黃原膠、阿拉伯樹膠、瓜爾膠等，高分子聚合物如聚丙烯酸鈉、聚乙烯醇等，此類物質結構特點均為含有大量羥基、羧基的高分子物質，能與水分子形成較多的氫鍵，并依靠較高的分子量，造成明顯的范德華力影響，使得膠體粘度很高，低濃度時為較穩定的水溶性膠體，高濃度或高溫等條件下為水凝膠。此類物質的使用一般會存在如下問題：用量過少則混合體系不足以抗逆重力篩分而分層，用量過多則粘度過大造成流平或者刮平困難，并且此類物質較強的親水性對水性電解液的束縛造成電池諸如阻抗、倍率、平臺變差，此類大分子物質成分的復雜性、穩定性往往會帶來電池電壓、荷電、壽命等性能下降或一致性變差。

作為水性體系的電池，往往都面臨抑制水電解的問題，需要加入一些析氫或析氧抑制劑，除此之外，為了改善電極諸如電壓平臺、充放電效率、循環衰減、自放電、倍率、腐蝕等性能，也需要加入形形色色的添加劑。這類添加劑通常為金屬或金屬化合物，比較常見的是過渡金屬元素、稀土元素的氧化物、氫氧化物或羥基氧化物。這類添加劑往往都是難溶于水或者難溶于電解液的物質，除了制備活性物質時就以形成固溶體或者共溶體的方式加入能相對均一以外，諸如將活性物質、添加劑、各種助劑等機械混合方式，因為這些添加劑為固體粉末或小顆粒的形態，難以將添加劑均勻的分散于活性物質中。為了實現添加均勻，往往采用極細粒度的添加劑，但又帶來團聚再分散困難、極細粒度（如納米級）物質生產成本高昂的問題。另一方面，粒度較粗的添加劑往往利用率低，為確保足夠的效果，只能增大添加劑使用量，對于較昂貴的添加劑，愈發加劇了添加劑成本壓力，另一方面，這類添加劑往往都是導電性差的物質，較大的粒度以及較多的添加量，將帶來電極阻抗上升的負面影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種水性無機膠，其兼具電極體系中添加的水性有機高分子膠體和金屬化合物類添加劑的雙重功效，換言之，使金屬化合物類添加劑水性無機膠化后同時具備了水性有機高分子膠體的部分功能，從而可以降低或避免水性有機高分子膠體的使用。

本發明的另一目的是提供該水性無機膠的制備方法。

本發明的另一目的是提供該水性無機膠的應用。

為達到上述目的之一，本發明采用以下技術方案：

一種水性無機膠，由是不溶性或難溶性的固相分散質與液相分散劑形成的均一、穩定的介于溶液和沉淀之間的固液兩相分散體系。

進一步地，水性無機膠由不溶于水或難溶于水的金屬化合物分散于水中而形成。

這些金屬化合物在水中不會發生反應或者能與水相對穩定共存，作為添加劑而言，金屬元素主要是除第I、II主族外的金屬元素以及第II主族中的的Be、Mg、Ca元素，在實際水性電池中應用的常見添加劑，優選Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、La、Ce、Sm、Er、Tm、Yb、Hg、Tl、Pb、Bi等元素的氧化物或氫氧化物，以及金屬元素Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、La、Ce、Sm、Er、Tm、Yb、Hg、Tl、Pb、Bi等的鹵化物、硅酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、鋅酸鹽、鈷酸鹽、鐵酸鹽、含磷化合物、含硼化合物、含烷氧基化合物、含羧基化合物，以及過渡金屬元素的絡合物。

更優選的添加劑包含Mg、Al、Ca、Ti、V、Co、Zn、Y、Zr、Cd、In、Sn、La、Ce、Er、Yb、Pb、Bi等元素的氧化物或氫氧化物；以及鎳、鈷、鐵、鈦、鋅等過渡金屬的絡合物，尤其是含有羥基或含氮的絡合物。廣義上講，含O、N、F等電負性較強的、容易與水分子形成氫鍵或者與水分子有較強的親和力的金屬化合物，并且這些化合物不溶于水或難溶于水，則就有可能制備出含有這些金屬元素的水性無機膠。