[發明專利]水溶性電極粘結劑、電極片及其制備方法以及電化學儲能裝置

在審

• 申請號: 201710367891.8
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN108933260A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 王瑩;郭永勝;黃起森;梁成都
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

本申請提供一種水溶性電極粘結劑、電極片及其制備方法以及電化學儲能裝置。所述水溶性電極粘結劑由水溶性聚合物以及交聯劑制備而成。所述水溶性聚合物含有?COOH官能團。所述交聯劑為含有2個或2個以上胺基或亞胺基的胺類單體化合物以及由含有2個或2個以上胺基或亞胺基的胺類單體化合物均聚或共聚形成的胺類聚合物中的一種或幾種。本申請的水溶性電極粘結劑應用于電化學儲能裝置中后，能夠改善電極片的粘結力并抑制電極活性材料的體積膨脹，進而可改善電化學儲能裝置的安全性能，同時還能夠改善電化學儲能裝置的循環性能。本申請的水溶性電極粘結劑無污染，對人體和環境不會造成危害。本申請的電極片的制備方法簡單易行，得到的電極片安全可靠。

技術領域

本申請涉及儲能裝置領域，尤其涉及一種水溶性電極粘結劑、電極片及其制備方法以及電化學儲能裝置。

背景技術

鋰離子電池作為最有潛力的能源存儲設備之一，因其高能量密度、高循環壽命、環境友好性等優點被廣泛應用在便攜式移動設備、電動新能源汽車及儲能站等領域。鋰離子電池的負極活性材料在充放電過程中產生的體積膨脹對鋰離子電池的安全性能及電化學性能有很大影響，尤其是對具有高能量密度的硅基負極活性材料而言，其在充放電過程中體積膨脹可達到300％，這也成為抑制其在鋰離子電池中大規模使用的重要因素之一，而選擇合適的粘結劑是有效抑制負極活性材料體積膨脹的手段之一。合適的粘結劑因其高分子結構強大的粘結力，可有效的固定負極活性材料，抑制其體積膨脹。此外，粘結劑對鋰離子電池的循環性能有很大影響，若其自身性能不佳，可能在鋰離子電池循環過程中產生粉化、脫膜等現象。

目前，鋰離子電池最常用的粘結劑主要有聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯橡膠(SBR)等。PVDF粘結劑是大部分正極材料使用的較成熟的粘結劑，具有較好的粘結性，但是在生產極片過程中PVDF粘結劑需要使用大量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)有機溶劑進行溶解，NMP的揮發性較強，環境污染大，且PVDF在常用的電解液中可能發生溶脹，從而會降低極片的穩定性。CMC及SBR是常用的水系粘結劑，但是這兩種粘結劑很少單獨使用，因為其粘性較差，且點粘的方式會導致極片力學性能較差，尤其是SBR材料在高速分散過程中可能被打斷高分子鏈，對生產過程造成一定影響。因此，制備一種粘結力強、力學性能好、易加工且能有效抑制極片膨脹，特別是抑制石墨負極活性材料、硅基負極活性材料或硅碳合金負極活性材料的體積膨脹，是市場迫切需求。

發明內容

鑒于背景技術中存在的問題，本申請的目的在于提供一種水溶性電極粘結劑、電極片及其制備方法以及電化學儲能裝置，所述水溶性電極粘結劑具有三維網絡結構，且具有良好的粘結性，能夠改善電極片的粘結力并抑制電極活性材料的體積膨脹，進而可改善電化學儲能裝置的安全性能，同時還能夠改善電化學儲能裝置的循環性能。

為了達到上述目的，在本申請的第一方面，本申請提供了一種水溶性電極粘結劑，其由水溶性聚合物以及交聯劑制備而成。所述水溶性聚合物含有-COOH官能團。所述交聯劑為含有2個或2個以上胺基或亞胺基的胺類單體化合物以及由含有2個或2個以上胺基或亞胺基的胺類單體化合物均聚或共聚形成的胺類聚合物中的一種或幾種。

在本申請的第二方面，本申請提供了一種電極片，其包括集流體以及膜片。所述膜片設置在集流體上且包括電極活性材料以及電極粘結劑。所述電極粘結劑包括本申請第一方面所述的水溶性電極粘結劑。

在本申請的第三方面，本申請提供了一種電極片的制備方法，用于制備本發明第二方面所述的電極片，其包括步驟：將含有-COOH官能團的水溶性聚合物、電極活性材料、可選的導電劑與去離子水混合均勻制備成懸浮液；之后向懸浮液中加入交聯劑，充分攪拌使水溶性聚合物與交聯劑進行反應，得到電極漿料；將電極漿料涂覆在集流體的表面，烘干、冷壓后即得到電極片。

在本申請的第四方面，本申請提供了一種電化學儲能裝置，其包括本申請第二方面所述的電極片。

相對于現有技術，本申請的有益效果包括：