[發明專利]一種水性復合粘接劑及其應用

有效

• 申請號: 201811581989.4
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109768282B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王久林;陳加航;楊慧軍;楊軍;努麗燕娜
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發明涉及一種水性復合粘接劑及其應用，該水性復合粘接劑由高粘度的水性粘結劑與高分散性的水性粘結劑復合而成，或由多種高粘度的水性粘結劑復合而成；高粘度的水性粘結劑包括瓜爾豆膠、丁苯橡膠、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素或海藻酸鈉；高分散性的水性粘結劑包括聚丙烯酸、阿拉伯膠或聚氧化乙烯。與現有技術相比，本發明的水性粘接劑為柔性復合膠，粘結力強，機械強度大，且拉伸形變不開裂，可以有效容納硫正極的體積效應，同時具有環境友好，成本低廉等顯著優勢，壓實硫正極制備過程簡單，具有較大的應用前景。

技術領域

本發明涉及電極用水性粘結劑及其在二次電池中的應用，尤其是涉及一種水性復合粘接劑在壓實硫電極中的應用。

背景技術

鋰硫二次電池是指采用金屬鋰為負極，含硫材料(包括單質硫、硫基復合材料或有機硫化物)為正極的可充電池，具有高能量密度(理論容量密度為1672mAh/g)、長循環壽命、高安全性、低成本(單質硫的價格低廉)等優點，是下一代電池的發展方向。

正極材料主要由三部分組成，分別為活性物質、粘結劑和導電劑。其中，粘結劑的主要作用是粘結和保持活性材料，加入適量性能優良的粘結劑可獲得較大容量和較長的循環壽命，而且還能降低電池內阻，對提高電池的放電平臺和大電流放電能力、降低低速充電時的內阻、提高電池的快充能力等均有促進作用。在電極的制作過程中，粘結劑的選用十分關鍵，對使用的粘結劑一般要求歐姆電阻小，在電解液中性能穩定，不膨脹、不松散、不脫粉。目前，常用的粘合劑包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等以酒精做分散劑的粘合劑，以及羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)膠乳等水溶性粘合劑。

上述粘結劑均在較低硫載量體系中表現出優異性能。而鋰硫電池至少實現4.0mAhcm^-2的局部容量，才具有同現已商業化的鋰離子電池體系的競爭能力，并應用于混動和純電動汽車領域。故此，探究適用于硫正極的高性能新型粘結劑或粘結劑組合，并在此基礎上結合涂膜工藝和外加壓力處理，制備高硫載量高壓實密度電極，對提高鋰硫電池能量密度，以適于實際應用具有極其重大的意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種水性復合粘接劑及其應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種水性復合粘接劑，由高粘度的水性粘結劑與高分散性的水性粘結劑復合而成，或由多種高粘度的水性粘結劑復合而成；

所述的高粘度的水性粘結劑包括瓜爾豆膠(GG)、丁苯橡膠(SBR)、羧甲基纖維素(CMC)、羥丙基纖維素(HPC)或海藻酸鈉(SA)；

所述的高分散性的水性粘結劑包括聚丙烯酸(PAA)、阿拉伯膠(GA)或聚氧化乙烯(PEO)。

作為優選的技術方案，當該水性復合粘接劑由高粘度的水性粘結劑與分散性強的水性粘結劑復合而成時，高粘度的水性粘結劑與高分散性的水性粘結劑的質量之比為9:1-1:9。

作為優選的技術方案，高粘度的水性粘結劑與高分散性的水性粘結劑的質量之比可優選為3:1-1:3。

將兩種不同性能的水性粘結劑混合使用旨在同時發揮兩者的優越性，如高粘性、高分散性等，過大或過小的質量比無法高效地實現這一優點。

所述的水性復合粘接劑的應用，將所述的水性復合粘接劑與含硫材料、導電劑按照質量比7-9:0.5-1.5:0.5-1.5分散于水中，然后涂覆于集流體上，干燥后壓片，以制備二次鋰硫電池正極。

作為優選的技術方案，對單個二次鋰硫電池正極進行0-20MPa的壓力處理，以制備高壓實密度電極。

作為優選的技術方案，對單個二次鋰硫電池正極進行壓力處理的壓力為3-10Mpa。