[发明专利]一种钠离子电池用多功能水性粘结剂及其应用

说明书

本发明涉及钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池用多功能水性粘结剂及其应用。本发明提供一种钠离子电池用多功能水性粘结剂，包含钠离子水溶性聚合物和聚环氧乙烷。本发明通过含钠离子水溶性聚合物与聚环氧乙烷的酯化反应构造具有三维网络结构的多功能水性粘结剂，具有较强力学性能，可以提高多功能水性粘结剂粘结性能，提升电极的循环稳定性。本发明的含钠离子水溶性聚合物，可均匀地覆盖在活性材料表面，形成一层钝化膜，减少电池不可逆容量的损失，提高首次库伦效率和倍率性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池用多功能水性粘结剂及其应用。

背景技术

钠离子具有储量丰富、分布广泛、价格低廉的优势，能够解决锂离子电池价格高昂、资源有限的问题。同时，锂离子电池研发经验丰富，可直接应用于钠离子电池领域。因此，钠离子电池被认为是目前最具应用前景的大规模电化学储能体系之一。

钠离子电池的性能差异主要取决于电极的制作工艺及所选择的原料(如活性材料、导电剂、粘结剂等)。其中，粘结剂的添加量非常低，但在钠离子电池的电极制备中是必不可少的组成部分。目前，粘结剂的开发主要集中于充放电过程中体积膨胀严重的合金类和转化类负极材料，忽略了适用于体积膨胀较小硬炭负极材料粘结剂的开发。由于钠离子电池与锂离子电池具有相似的理化性质和工作原理，通常直接借鉴锂离子电池的经验将聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂用于钠离子电池硬炭负极材料。然而，硬炭负极比石墨负极具有更大的比表面积和更多缺陷，导致存在较低的首次库伦效率和倍率性能的问题。因此，直接将PVDF粘结剂应用于钠离子电池炭负极材料并不合理。另外，虽然PVDF粘结剂因其良好的热和电化学稳定性而被广泛用于商业化的锂电池负极制备，但PVDF成本高、粘结强度低、导电性差，已无法满足对高容量电极材料的开发需求。因此，迫切需要开发适用于硬炭负极的多功能粘结剂，使其能够抑制充放电过程中不可逆反应的发生且加快离子的扩散，从而有效地解决钠离子电池的低首次库伦效率和倍率性能问题。此外，开发绿色环保且成本低廉的粘结剂也是钠离子电池商业化行程的重中之重。

发明内容

本发明要解决的技术问题：现有技术钠离子电池硬炭负极用粘结剂是有机系，成本高、粘结强度低、导电性差，应用于钠离子电池存在首次库存效率低，倍率性能差，电池循环稳定性较差等问题。

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种钠离子电池用多功能水性粘结剂；本发明的目的之二是提供上述钠离子电池用多功能水性粘结剂在钠离子电池中应用；本发明的目的之三是提供一种钠离子电池电极片；本发明的目的之四是提供一种上述钠离子电池电极片的制备方法；本发明的目的之五是提供一种钠离子电池。

本发明的技术方案：

本发明提供一种钠离子电池用多功能水性粘结剂，包含钠离子水溶性聚合物和聚环氧乙烷的混合物制备得到，其具有羧基和酯基形成的网状结构。

优选的是，所述钠离子水溶性聚合物和所述聚环氧乙烷的质量比为9～1:1优选为5-9:1，进一步优选为7-9:1。

优选的是，所述钠离子水溶性聚合物为海藻酸钠，羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠中的一种或两种以上，优选为海藻酸钠。

本发明还提供上述钠离子电池用多功能水性粘结剂在钠离子电池中应用。

本发明还提供一种钠离子电池电极片，包含集流体和涂覆在所述集流体上的涂层，其中所述涂层包括活性材料、导电剂和上述钠离子电池用多功能水性粘结剂。

优选的是，按质量百分比计，所述涂层中钠离子电池用多功能水性粘结剂干物质占所述电池电极片干物质总质量的2-20％，优选为2-10％。

优选的是，所述活性材料为碳基材料、合金材料、转化材料、聚阴离子化合物、普鲁士蓝和有机类材料中一种，优选为碳基材料。

优选的是，所述导电剂为碳纳米管、碳纤维、石墨烯、乙炔黑、Super P和Super S中的一种。