[发明专利]一种锂离子电池水性粘结剂的制备方法

说明书

一种锂离子电池水性粘结剂的制备方法，涉及一种储能电池。提供强度高、成本较低、绿色环保、制备方法简单的一种锂离子电池水性粘结剂的制备方法。将海藻酸钠与交联剂混合搅拌，交联反应后形成凝胶，即得锂离子电池水性粘结剂。所得锂离子电池水性粘结剂是一种锂离子电池用高强度水系粘结剂。粘结剂薄膜的硬度成倍提升，这有利于减少使用本发明所涉及粘结剂的电极表面，在充放电循环中的破裂情况，从而提升其循环性能。

技术领域

本发明涉及一种储能电池，尤其是涉及一种锂离子电池水性粘结剂的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其平均输出电压高、比能量高、自放电小、无记忆效应等优点，在如今日常生活中广泛用作各类便携式电子设备的储能装置。近年来，随着消费者对更高能量密度锂离子电池的需求不断提升，人们对高比容量的电极材料的研究也在逐年增加。然而，这些高比容量的电极材料的研究中，往往还面临一些挑战，例如高理论比容量的负极材料硅、锡等，由于材料充放电过程中伴随巨大的体积变化，容易破裂粉化，使电池容量衰减，循环稳定性不佳；高比容量的富锂锰基正极材料则存在首次充放电时，材料结构不可逆转变，充放电过程中电压持续衰减等问题，同样导致电池循环难以保持稳定。

粘结剂是保持电极结构稳定的关键因素之一。一种优良的粘结剂能在保持电极材料结构稳定、防止电极材料脱离集流体、维持极片表面导电网络等方面起到至关重要的作用。目前商业化锂离子电池中常用的粘结剂聚偏氟乙烯，因其在电解液中较为稳定而被广泛使用。然而，此粘结剂在用于高比容量的各种新型电极材料上时，效果则不太令人满意，其主要问题在于，粘结剂机械强度不足，不能有效维持活性材料的结构稳定；同时，粘结剂与活性材料间作用力弱，难以抑制材料从电极表面的脱离。另外，聚偏氟乙烯(PVDF)仅溶解于N-甲基吡咯烷酮(NMP)等特定溶剂中，这使得电极制作成本增加，且制作过程挥发出的溶剂对人体有害。

目前，已有多项研究报道了一些新型粘结剂，如羧甲基纤维素(中国专利CN100457848)、海藻酸钠与壳聚糖(中国专利CN 102760883 A)、瓜尔豆胶(中国专利CN104934609 A)、聚丙烯酸锂等，它们由于机械强度较高，能有效抑制活性材料在电池充放电过程中的结构破坏；同时它们对活性材料的粘附力也较强，使活性材料更难以脱离集流体；并且这些粘结剂为水溶性，可使电极生产过程成本降低且更加安全。这些优点使它们相比聚偏氟乙烯，更适合作为高能量密度的新型锂离子电池的粘结剂使用。其中，海藻酸钠粘结剂相比交联壳聚糖、瓜尔豆胶等，其机械强度略低一些，在缓冲活性材料充放电过程中体积变化或抑制结构转变等方面略显不足。通过加入多价金属离子如Al3+、Ba2+等交联的方式可以增强其机械强度，使用通过以上方式得到的交联改性后的粘结剂，可使得电池正、负极材料在循环测试时的循环稳定性显著提升。

发明内容

本发明的目的在于提供强度高、成本较低、绿色环保、制备方法简单的一种锂离子电池水性粘结剂的制备方法。

本发明的具体步骤如下：

将海藻酸钠与交联剂混合搅拌，交联反应后形成凝胶，即得锂离子电池水性粘结剂。

所得锂离子电池水性粘结剂是一种锂离子电池用高强度水系粘结剂。

所述海藻酸钠与交联剂的质量比可为0.01～0.03。所述海藻酸钠可采用质量百分浓度为1.5％，溶液粘度为900～1300mPa s的海藻酸钠；所述交联剂可采用多价金属盐的水溶液，该水溶液中金属离子的摩尔浓度可为1～5mmol L^-1，所述金属盐可采用钡盐或铝盐，所述钡盐可选自氯化钡等，所述铝盐可选自硫酸铝、氯化铝等中的一种；所述搅拌的速率可为80～200rpm；所述交联反应的时间可为0.5～3h。混合过程可在常温下进行，其持续时间视交联剂及交联反应配比不同，待搅拌至凝胶呈均一、透明状态，则交联反应完成，即可获得锂离子电池用高强度水系粘结剂。

本发明对得到的锂离子电池水性粘结剂进行机械性能表征，具体过程如下：