[发明专利]水溶性电极粘结剂、电极片及其制备方法以及电化学储能装置

说明书

本申请提供一种水溶性电极粘结剂、电极片及其制备方法以及电化学储能装置。所述水溶性电极粘结剂由水溶性聚合物以及交联剂制备而成。所述水溶性聚合物含有‑COOH官能团。所述交联剂为含有2个或2个以上胺基或亚胺基的胺类单体化合物以及由含有2个或2个以上胺基或亚胺基的胺类单体化合物均聚或共聚形成的胺类聚合物中的一种或几种。本申请的水溶性电极粘结剂应用于电化学储能装置中后，能够改善电极片的粘结力并抑制电极活性材料的体积膨胀，进而可改善电化学储能装置的安全性能，同时还能够改善电化学储能装置的循环性能。本申请的水溶性电极粘结剂无污染，对人体和环境不会造成危害。本申请的电极片的制备方法简单易行，得到的电极片安全可靠。

技术领域

本申请涉及储能装置领域，尤其涉及一种水溶性电极粘结剂、电极片及其制备方法以及电化学储能装置。

背景技术

锂离子电池作为最有潜力的能源存储设备之一，因其高能量密度、高循环寿命、环境友好性等优点被广泛应用在便携式移动设备、电动新能源汽车及储能站等领域。锂离子电池的负极活性材料在充放电过程中产生的体积膨胀对锂离子电池的安全性能及电化学性能有很大影响，尤其是对具有高能量密度的硅基负极活性材料而言，其在充放电过程中体积膨胀可达到300％，这也成为抑制其在锂离子电池中大规模使用的重要因素之一，而选择合适的粘结剂是有效抑制负极活性材料体积膨胀的手段之一。合适的粘结剂因其高分子结构强大的粘结力，可有效的固定负极活性材料，抑制其体积膨胀。此外，粘结剂对锂离子电池的循环性能有很大影响，若其自身性能不佳，可能在锂离子电池循环过程中产生粉化、脱膜等现象。

目前，锂离子电池最常用的粘结剂主要有聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)等。PVDF粘结剂是大部分正极材料使用的较成熟的粘结剂，具有较好的粘结性，但是在生产极片过程中PVDF粘结剂需要使用大量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)有机溶剂进行溶解，NMP的挥发性较强，环境污染大，且PVDF在常用的电解液中可能发生溶胀，从而会降低极片的稳定性。CMC及SBR是常用的水系粘结剂，但是这两种粘结剂很少单独使用，因为其粘性较差，且点粘的方式会导致极片力学性能较差，尤其是SBR材料在高速分散过程中可能被打断高分子链，对生产过程造成一定影响。因此，制备一种粘结力强、力学性能好、易加工且能有效抑制极片膨胀，特别是抑制石墨负极活性材料、硅基负极活性材料或硅碳合金负极活性材料的体积膨胀，是市场迫切需求。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种水溶性电极粘结剂、电极片及其制备方法以及电化学储能装置，所述水溶性电极粘结剂具有三维网络结构，且具有良好的粘结性，能够改善电极片的粘结力并抑制电极活性材料的体积膨胀，进而可改善电化学储能装置的安全性能，同时还能够改善电化学储能装置的循环性能。

为了达到上述目的，在本申请的第一方面，本申请提供了一种水溶性电极粘结剂，其由水溶性聚合物以及交联剂制备而成。所述水溶性聚合物含有-COOH官能团。所述交联剂为含有2个或2个以上胺基或亚胺基的胺类单体化合物以及由含有2个或2个以上胺基或亚胺基的胺类单体化合物均聚或共聚形成的胺类聚合物中的一种或几种。

在本申请的第二方面，本申请提供了一种电极片，其包括集流体以及膜片。所述膜片设置在集流体上且包括电极活性材料以及电极粘结剂。所述电极粘结剂包括本申请第一方面所述的水溶性电极粘结剂。

在本申请的第三方面，本申请提供了一种电极片的制备方法，用于制备本发明第二方面所述的电极片，其包括步骤：将含有-COOH官能团的水溶性聚合物、电极活性材料、可选的导电剂与去离子水混合均匀制备成悬浮液；之后向悬浮液中加入交联剂，充分搅拌使水溶性聚合物与交联剂进行反应，得到电极浆料；将电极浆料涂覆在集流体的表面，烘干、冷压后即得到电极片。

在本申请的第四方面，本申请提供了一种电化学储能装置，其包括本申请第二方面所述的电极片。

相对于现有技术，本申请的有益效果包括：