專利名稱：水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑及其制備方法、電極片及其制備方法以及電化學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電極粘結(jié)劑以及用于生產(chǎn)具有優(yōu)良性能碳電極片的組成和優(yōu)化 方法，尤其，本發(fā)明涉及使用水溶性三維網(wǎng)絡(luò)粘結(jié)劑制備高性能電極片和使用這種電極片 制備的電化學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
粘結(jié)劑在現(xiàn)代電化學(xué)裝置中具有十分重要的意義，是電極片制作和使用過程中的 重要成分之一。它不僅把電極活性物質(zhì)緊密連接在一起，粘結(jié)劑本身的力學(xué)性能和電化學(xué) 穩(wěn)定性也對(duì)電池的整體性能具有顯著的影響。從電極片制備看，普通電極片通常需要5 15% (重量比)的粘結(jié)劑，一方面，粘結(jié) 劑的價(jià)格會(huì)影響電極片的整體造價(jià)，另一方面，粘結(jié)劑的選擇決定著電極片生產(chǎn)的工藝。目 前，鋰離子電池和超級(jí)電容器的碳電極片制作中常用的是聚偏氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑，這種 粘結(jié)劑不僅價(jià)格高，還只能溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)等強(qiáng)極性溶劑中，因此，使用這種粘 結(jié)劑備的電極片不僅成本高，還涉及大量有機(jī)溶劑的揮發(fā)，由此也造成不可忽視的環(huán)境污
^fe ο從電極電化學(xué)性能來看，粘結(jié)劑的性能也會(huì)在很大程度上影響電極和電池的性 能。如果粘結(jié)劑的力學(xué)性能不好，就容易造成電極片在電化學(xué)循環(huán)過程中的粉化，由此導(dǎo)致 電極片失去電化學(xué)活性；而粘結(jié)劑的電化學(xué)穩(wěn)定性不好時(shí)，在電極電化學(xué)過程中粘結(jié)劑的 一些基團(tuán)會(huì)參與電極電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電極反應(yīng)的不可逆性增加，可逆性下降?？梢?，粘結(jié) 劑雖然不是電池的電化學(xué)活性成分，但卻對(duì)電池的整體電化學(xué)性能和長(zhǎng)期循環(huán)性能具有明 顯的影響。目前電池行業(yè)主要使用的粘結(jié)劑有2種，如圖1所示，一種是線性高分子粘結(jié)劑， 包括偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)等粘結(jié)劑，特別是傳統(tǒng)的PVDF粘結(jié)劑，使用技 術(shù)成熟，粘結(jié)劑本身的性能穩(wěn)定，但使用這種粘結(jié)劑制備電極片需要消耗大量N-甲基吡咯 烷酮(NMP)有機(jī)溶劑，價(jià)格高、對(duì)環(huán)境污染大。另一種是點(diǎn)式粘結(jié)劑，如丁苯橡膠(SBR)乳 液、聚四氟乙烯(PTFE)乳液，這類粘結(jié)劑缺乏長(zhǎng)程粘結(jié)性質(zhì)。為了提高點(diǎn)式粘結(jié)劑的長(zhǎng)程 粘結(jié)性質(zhì)，點(diǎn)式粘結(jié)劑通常與水溶性的CMC線性粘結(jié)劑配合使用，這種復(fù)合粘結(jié)劑使用水 作為漿料的介質(zhì)，無環(huán)境污染，價(jià)格也相對(duì)較低，近年來得到了比較廣泛的應(yīng)用，但由于長(zhǎng) 程連接性不好，點(diǎn)式粘結(jié)劑制備的電極片通常存在機(jī)械性能不好的問題，主要表現(xiàn)為抗拉 強(qiáng)度不高、而且這些惰性粘結(jié)劑質(zhì)點(diǎn)SBR、PTFE自身的電阻高，對(duì)電池的長(zhǎng)期循環(huán)性能和高 倍率充放電性能不利。要發(fā)展高性能的電化學(xué)裝置，就必須進(jìn)一步提高粘結(jié)劑的性能，既繼承現(xiàn)有粘結(jié) 劑的優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高粘結(jié)劑的力學(xué)性能和電化學(xué)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開了一種水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑，這種粘結(jié)劑 一方面繼承了 SBR-CMC粘結(jié)劑的水溶性和無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)，另一方面保持了 PVDF粘結(jié)劑 對(duì)活性物質(zhì)顆粒長(zhǎng)程粘結(jié)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還公開了利用上述粘結(jié)劑制備的電極片以及電化學(xué)裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述
一種水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，包括水溶性高分子聚電解質(zhì)，在所述聚電解質(zhì)分 子鏈上含有活性基團(tuán)，所述聚電解質(zhì)分子鏈之間通過交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)和架橋形成三維網(wǎng)絡(luò) 型分子結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述活性基團(tuán)是羧基和/或羥基基團(tuán)。優(yōu)選地，所述聚電解質(zhì)為結(jié)冷膠、果膠、海藻酸、卡拉膠、羧甲基纖維素中的一種或 幾種。優(yōu)選地，所述聚電解質(zhì)為結(jié)冷膠、果膠、海藻酸、卡拉膠、羧甲基纖維素的鋰鹽、鈉 鹽、鉀鹽中的一種或幾種。所述交聯(lián)劑是有機(jī)交聯(lián)劑或無機(jī)交聯(lián)劑或其混合物。所述有機(jī)交聯(lián)劑是有機(jī)陽(yáng)離子或有機(jī)分子，無機(jī)交聯(lián)劑是無機(jī)金屬陽(yáng)離子。所述無機(jī)金屬陽(yáng)離子為CU2+、Sr2+、Ba2+、Ca2+、C02+、Fe2+、Cd2+、Mn2+、Cr3+、i^3+、Al3+ 中 的一種或幾種。所述有機(jī)陽(yáng)離子是聚二甲基二烯丙基氯化銨。所述有機(jī)分子是水溶性酚醛樹脂、丙烯酸及其混合物。本發(fā)明還公開了上述水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑的制備方法，包括如下步驟
(1)將水溶性聚電解質(zhì)溶解于水中，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻乃苄跃垭娊赓|(zhì)水溶液，所 述聚電解質(zhì)水溶液重量濃度為1 10% ；
(2)在聚電解質(zhì)水溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌均勻，使交聯(lián)劑在聚電解質(zhì)分子鏈間交聯(lián)和 架橋，得到水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑。所述交聯(lián)劑與聚電解質(zhì)中活性基團(tuán)的摩爾比為0. 01 0. 20。本發(fā)明還公開了含有上述水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑的電極片。本發(fā)明還公開了上述電極片的制備方法，包括如下步驟
(1)將水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑與電極活性物質(zhì)混合制菜，控制粘結(jié)劑的干重為 電極干重的m 20%，高速攪拌使?jié){料充分混合均勻；
(2)通過粘結(jié)劑的濃度調(diào)整漿料的粘度，控制漿料的粘度為500 1700厘泊；
(3)將制得的漿料在涂布機(jī)上涂布和干燥得到電極片，電極片干燥后的厚度不超過 140 μ m ；
(4)使用滾壓機(jī)將制得的電極片壓制到孔隙率為20 30%。所述電極片的制備方法中，步驟(1)的電極活性物質(zhì)包括各種天然石墨如鱗片石 墨、球形石墨、表面包覆石墨以及在此基礎(chǔ)上的后處理材料、人工石墨如中間相炭微球、石 墨纖維以及各種高溫石墨化焦炭材料以及在此基礎(chǔ)上的后處理材料和低溫?zé)峤馓疾牧现?的一種或幾種，所述的步驟(1)中還包括使用乙炔黑、導(dǎo)電纖維等導(dǎo)電劑；所述步驟(4)中 使用滾壓機(jī)在10 20個(gè)大氣壓的壓力下壓制電極，壓制后電極片的厚度為初始厚度的40 70%ο本發(fā)明還公開了上述電極片制備的電化學(xué)裝置，鋰電池、鋰離子電池和超級(jí)電容器等。相對(duì)于傳統(tǒng)的PVDF粘結(jié)劑，本發(fā)明的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑一方面繼承 了 SBR-CMC粘結(jié)劑的水溶性和無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)，另一方面保持了 PVDF粘結(jié)劑對(duì)活性物質(zhì) 顆粒長(zhǎng)程粘結(jié)的優(yōu)點(diǎn)。而且按照本發(fā)明提供的粘結(jié)劑制備的碳電極片有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)電極片的力學(xué)性能可調(diào)節(jié)和控制。這種粘結(jié)劑可以根據(jù)加入交聯(lián)劑的多少調(diào)整漿 料體系的粘度、電極片的抗拉強(qiáng)度和楊氏模量，制備強(qiáng)度可設(shè)計(jì)型碳電極片，如圖3所示， 電極片的抗拉強(qiáng)度隨架橋離子的量的增加明顯提高，同時(shí)，楊氏模量也有增長(zhǎng)；
(2)電極比能量高。使用水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑可以降低電極中非活性物質(zhì)的含量， 有利于提高電極的體積比能量；
(3)碳電極片在首次化成過程中的不可逆容量低，可逆容量高。相對(duì)于傳統(tǒng)的PVDF粘 結(jié)劑而言，使用三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑制備的碳電極在電池首次充電過程中副反應(yīng)小，不可逆 容量損失小，可逆容量高；
(4)電極的穩(wěn)定性好。三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑特別是利用海藻酸鹽的粘結(jié)劑在電池電化學(xué) 過程中穩(wěn)定，與電解液之間的副反應(yīng)小，有利于延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。需要說明的是，本發(fā)明的粘結(jié)劑的交聯(lián)點(diǎn)與SBR的粘結(jié)點(diǎn)性質(zhì)不同，SBR是通過物 理連接點(diǎn)粘結(jié)活性物質(zhì)，本發(fā)明的粘結(jié)劑的交聯(lián)點(diǎn)是通過化學(xué)鍵連接高分子的活性基團(tuán)， 整個(gè)體系是一個(gè)由化學(xué)鍵支撐的三維網(wǎng)絡(luò)，活性物質(zhì)顆粒填充在高分子網(wǎng)絡(luò)中間。這樣的 三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)大幅度提高了電極片的抗拉強(qiáng)度，不僅可以避免極片生產(chǎn)和加工過程中的掉 料現(xiàn)象，避免電極在電化學(xué)循環(huán)過程中出現(xiàn)斷面和裂紋，還可以避免SBR在電池長(zhǎng)期充放 電過程中的還原現(xiàn)象，從而大大延長(zhǎng)了電極和電池的壽命。


圖1是目前工業(yè)用線性和點(diǎn)式電極粘結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)示意圖3是使用本發(fā)明的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑制備的電極的力學(xué)性能與交聯(lián)度的關(guān) 系示意圖4是實(shí)施例5和對(duì)比例中負(fù)極極片首次充放電曲線； 圖5是實(shí)施例5和對(duì)比例中鋰離子電池的循環(huán)性能圖。
具體實(shí)施例方式下面將通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1
(1)將海藻酸鈉聚電解質(zhì)溶解于水中，濃度在2%，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻乃苄跃垭娊?質(zhì)水溶液；
(2)在海藻酸鈉的水溶液中加入含有Ca2+的水溶液，如CaN03、CaCl2的水溶液，其中Ca2+ 與海藻酸鈉中羧基集團(tuán)的摩爾比為0. 08，攪拌2 4小時(shí)，使Ca2+在聚電解質(zhì)分子鏈間架橋，體系粘度升高2 3倍；
(3)將交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)型海藻酸高分子水溶膠即本發(fā)明的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑 與球形石墨電極活性物質(zhì)混合制漿，控制交聯(lián)海藻酸高分子的干重為電極總重量的5%，充 分?jǐn)嚢枋節(jié){料充分混合均勻；
(4)調(diào)整漿料的粘度，控制漿料的粘度在900厘泊；
(5)制得的漿料在涂布機(jī)上涂布和干燥，電極干燥后的厚度為70μ m ；
(6)使用滾壓機(jī)在15 20個(gè)大氣壓力條件下將制得的電極片壓制到孔隙率為20 30%,即40 50 μ m厚度。實(shí)施例2
(1)將果膠酸鈉聚電解質(zhì)溶解于水中，濃度為4%，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻乃苄跃垭娊?質(zhì)水溶液；
(2)在果膠酸鈉的水溶液中加入含有Cu2+的水溶液，如CuN03、CuCl2的水溶液，其中Cu 離子的與果膠酸活性基團(tuán)摩爾比為0. 12，攪拌2 4小時(shí)，使Cu2+在聚電解質(zhì)分子鏈間架 橋，體系粘度升高2 3倍；
(3)將交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)型果膠酸鈉高分子水溶膠即本發(fā)明的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型粘 結(jié)劑與球形石墨電極活性物質(zhì)混合制漿，控制交聯(lián)果膠酸鈉高分子的干重為電極總重量的 6%，充分?jǐn)嚢枋節(jié){料充分混合均勻；
(4)調(diào)整漿料的粘度，控制漿料的粘度在700厘泊；
(5)制得的漿料在涂布機(jī)上涂布和干燥，電極干燥后的初始厚度為65μ m ；
(6)使用滾壓機(jī)在15 20個(gè)大氣壓力條件下將制得的電極片壓制到孔隙率為20 30%，即40 50 μ m厚度。實(shí)施例3:
(1)將結(jié)冷膠酸鈉聚電解質(zhì)溶解于水中，濃度為3%，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻乃苄跃垭?解質(zhì)水溶液；
(2)在結(jié)冷膠酸鈉的水溶液中加入聚二甲基二烯丙基氯化銨，聚二甲基二烯丙基氯化 銨與果膠酸鈉活性基團(tuán)摩爾比為0. 05，攪拌2 4小時(shí)，使聚二甲基二烯丙基氯化銨在聚電 解質(zhì)分子鏈間架橋，體系粘度升高2 3倍；
(3)將交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)型結(jié)冷膠酸鈉高分子水溶膠與球形石墨電極活性物質(zhì)混合 制漿，控制交聯(lián)結(jié)冷膠酸鈉高分子的干重為電極總重量的5%，充分?jǐn)嚢枋節(jié){料充分混合均 勻；
(4)調(diào)整漿料的粘度，控制漿料的粘度在900厘泊；
(5)制得的漿料在涂布機(jī)上涂布和干燥，電極干燥后的初始厚度為70μ m ；
(6)使用滾壓機(jī)在15 20個(gè)大氣壓力條件下將制得的電極片壓制到孔隙率為20 30%,即40 50 μ mm厚度。實(shí)施例4
(1)將卡拉膠酸鈉聚電解質(zhì)溶解于水中，濃度為1.5%，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻乃苄跃?電解質(zhì)水溶液；
(2)在卡拉膠酸鈉的水溶液中加入含有酚醛樹脂的水溶液，酚醛樹脂與卡拉酸活性基 團(tuán)摩爾比為0. 05，攪拌2 4小時(shí)，使酚醛樹脂在卡拉膠聚電解質(zhì)分子鏈間架橋，體系粘度升高2 3倍；
(3)將交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)型卡拉酸鈉高分子水溶膠與球形石墨電極活性物質(zhì)混合制 漿，控制交聯(lián)海藻酸高分子的干重為電極總重量的4% ；
(4)調(diào)整漿料的粘度，控制漿料的粘度在700厘泊；
(5)制得的漿料在涂布機(jī)上涂布和干燥，電極干燥后的初始厚度為75μ m ；
(6)使用滾壓機(jī)在15 20個(gè)大氣壓力條件下將制得的電極片壓制到孔隙率為20 30%，即40 50 μ m厚度。實(shí)施例5
以下說明采用本發(fā)明方法制造的電極片生產(chǎn)的鋰離子電池的性能。(1)正極極片的制造
以磷酸鐵鋰為研究對(duì)象，將IOg聚偏氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑與6g乙炔黑導(dǎo)電劑，均勻 分散在IOOg N —甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中制得粘結(jié)劑-導(dǎo)電劑混合物，該粘結(jié)劑-導(dǎo)電 劑復(fù)合物與IOOg磷酸鐵鋰混合制漿，以每分鐘4000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速高速攪拌，攪拌時(shí)間不少于4 小時(shí)，將整個(gè)漿料充分混合均勻。將制得的漿料在涂布機(jī)上涂布和干燥，電極片的干燥厚度 控制在50 μ m 110 μ m之間，然后使用滾壓機(jī)將制得的電極片壓制到30 80 μ m之間， 制得單面密度為110 g/m2的磷酸鐵鋰電極片。(2)負(fù)極極片的制造
銅箔集流體的厚度為18 μ m，寬320mm，電極中心涂層厚度為70 μ m左右，壓制后電極 片的厚度為45μπι，用實(shí)施例1的漿料涂層干燥后，可以制得單面密度為60 g/m2的碳負(fù)極 片，經(jīng)壓制后，極片機(jī)械性能優(yōu)良，易于卷繞加工，活性物質(zhì)不易從集流體脫落，不出現(xiàn)“掉 料”現(xiàn)象。(3)扣式電池的制造
使用上述正極片和負(fù)極片，Celgard MOO隔膜，1 mol/L L1PF6/EC+DEC (重量比為1:2 的電解液，在手套箱中組裝扣式電池，控制負(fù)極片在容量和面積兩方面均比相應(yīng)的正極材 料有10%的過剩。依照扣式電池制造的常用工藝，經(jīng)切割、烘片、組裝、注液和封口壓制后， 所得的電池進(jìn)行化成。(4)電池的化成
電池的化成制度為使用0.075mA/ cm2的電流密度恒電流充、放電循環(huán)3次，充電截至 電壓為4. IV，放電截至電壓為2. 5V,完成化成后，對(duì)電池進(jìn)行循環(huán)性能測(cè)試。電池循環(huán)性能測(cè)試的方法為先以1. 5mA/ cm2的電流密度恒電流充電至4. IV， 然后，電池在4. IV電壓下恒壓充電至電流密度為0. ImA/ cm2，靜置10分鐘，最后以1. 5mA/ cm2的電流密度放電至2. 5V，靜置10分鐘，以這樣的方法循環(huán)800次。對(duì)比例
本對(duì)比例負(fù)極極片是利用PVDF粘結(jié)劑制備的，其他步驟和測(cè)試方法與實(shí)施例5完全一樣。負(fù)極極片的制備取8克PVDF溶解于100克NMP有機(jī)溶劑中，充分?jǐn)嚢韬蠹尤?. 2 克乙炔黑導(dǎo)電劑，1000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌下制得粘結(jié)劑-導(dǎo)電劑復(fù)合物，然后加入88. 8克 球形石墨電極材料混合制漿，4000轉(zhuǎn)/分的速度下充分?jǐn)嚢?小時(shí)使?jié){料充分混合均勻，制 得的漿料在涂布機(jī)上均勻涂布和干燥，電極干燥后使用對(duì)輥壓機(jī)，控制10 20個(gè)大氣壓的 壓力將制得的電極片壓制到孔隙率為35%，制得單面密度為60 g/m2的碳負(fù)極片。
圖2是本發(fā)明的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)示意圖，線性高分子
11通過化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)22形成三維網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的粘結(jié)劑的交聯(lián)點(diǎn)是通過化學(xué)鍵 連接高分子的活性基團(tuán)，整個(gè)體系是一個(gè)由化學(xué)鍵支撐的三維網(wǎng)絡(luò)，活性物質(zhì)顆粒填充在 高分子網(wǎng)絡(luò)中間。這樣的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)大幅度提高了電極片的抗拉強(qiáng)度，不僅可以避免極 片生產(chǎn)和加工過程中的掉料現(xiàn)象，避免電極在電化學(xué)循環(huán)過程中出現(xiàn)斷面和裂紋，還可以 避免SBR在電池長(zhǎng)期充放電過程中的還原現(xiàn)象，從而大大延長(zhǎng)了電極和電池的壽命。圖4是實(shí)施例1和對(duì)比例中負(fù)極極片的首次充放電曲線對(duì)比，可以看出，使用 PVDF粘結(jié)劑制備的負(fù)極電極的首次充電容量377. 5mAh/g，放電容量332. ImAh/g，首次充 放電效率88. 00%，相比之下，使用三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑制備的負(fù)極電極的首次充電容量是 376. 7mAh/g，放電容量361. 9mAh/g，首次充放電效率95. 6%,由此可見，使用三維網(wǎng)絡(luò)型粘 結(jié)劑的碳負(fù)極片的比容量提高了 10%，首次效率提高了 7. 6%。圖5是實(shí)施例5和對(duì)比例中制備的鋰離子電池的循環(huán)性能圖(使用的正極材料是
Lii^ePO4),可以看出碳負(fù)極使用PVDF粘結(jié)劑時(shí)，電池經(jīng)過800次循環(huán)后，電池容量下降至
初始容量的30%，而使用本發(fā)明的三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑制備的鋰離子電池的容量保持率仍接
近85%，可見，使用這種新型三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑制得的碳負(fù)極片，鋰離子電池的壽命得到了
明顯的提高，電池壽命大幅度提高的主要原因是由于三維網(wǎng)絡(luò)型粘結(jié)劑制備的電極片抗拉
強(qiáng)度好，在電池反復(fù)的充放電過程中不會(huì)由于活性物質(zhì)的膨脹和收縮導(dǎo)致電極顆粒間的斷 m農(nóng)。同時(shí)，采用本發(fā)明的電極粘結(jié)劑也可以提高碳電極用于非水超級(jí)電容器的電化學(xué) 性能和壽命。綜上所述，盡管本發(fā)明的具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域一般 技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，上述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，而非對(duì)本發(fā)明 保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化， 均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，包括水溶性高分子聚電解質(zhì)，其特征在于在 所述聚電解質(zhì)分子鏈上含有活性基團(tuán)，所述聚電解質(zhì)分子鏈之間通過交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)和架 橋形成三維網(wǎng)絡(luò)型分子結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，其特征在于所述活性基團(tuán)是 羧基和/或羥基基團(tuán)。
3.如權(quán)利要求1所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，其特征在于所述聚電解質(zhì)為 結(jié)冷膠、果膠、海藻酸、卡拉膠、羧甲基纖維素中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，其特征在于所述聚電解質(zhì)為 結(jié)冷膠、果膠、海藻酸、卡拉膠、羧甲基纖維素的鋰鹽、鈉鹽、鉀鹽中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，其特征在于所述交聯(lián)劑是有 機(jī)交聯(lián)劑或無機(jī)交聯(lián)劑或其混合物。
6.如權(quán)利要求5所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，其特征在于所述有機(jī)交聯(lián)劑 是有機(jī)陽(yáng)離子或有機(jī)分子，無機(jī)交聯(lián)劑是無機(jī)金屬陽(yáng)離子。
7.如權(quán)利要求6所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，其特征在于所述無機(jī)金屬陽(yáng) 離子為 Cu2+、Sr2+、Ba2+、Ca2+、Co2+、Fe2\ Cd2+、Mn2+、Cr3+、Fe3\ Al3+ 中的一種或幾種，所述有機(jī) 陽(yáng)離子是聚二甲基二烯丙基氯化銨，所述有機(jī)分子為水溶性酚醛樹脂、丙烯酸中的一種或 兩種。
8.如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑的制備方法，其特征 在于包括如下步驟(1)將水溶性聚電解質(zhì)溶解于水中，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻乃苄跃垭娊赓|(zhì)水溶液，所 述聚電解質(zhì)水溶液重量濃度為1 10% ；(2)在聚電解質(zhì)水溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌均勻，使交聯(lián)劑在聚電解質(zhì)分子鏈間交聯(lián)和 架橋，得到水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑。
9.如權(quán)利要求8所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述 交聯(lián)劑與聚電解質(zhì)中活性基團(tuán)的摩爾比為0. 01 0. 20。
10.一種含有權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑的電極片。
11.如權(quán)利要求10所述的電極片的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑與電極活性物質(zhì)混合制菜，控制粘結(jié)劑的干重為 電極干重的m 20%，高速攪拌使?jié){料充分混合均勻；(2)通過粘結(jié)劑的濃度調(diào)整漿料的粘度，控制漿料的粘度為500 1700厘泊；(3)將制得的漿料在涂布機(jī)上涂布和干燥得到電極片，電極片干燥后的厚度不超過 140 μ m ；(4)使用滾壓機(jī)將制得的電極片壓制到孔隙率為20 30%。
12.如權(quán)利要求11所述的電極片的制備方法，其特征在于所述步驟(4)中使用滾壓機(jī) 在10 20個(gè)大氣壓的壓力下壓制電極片，壓制后電極片的厚度為初始厚度的40 70%。
13.一種利用權(quán)利要求10所述的電極片制備的電化學(xué)裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑，包括水溶性高分子聚電解質(zhì)，在所述聚電解質(zhì)分子鏈上含活性基團(tuán)，所述聚電解質(zhì)分子鏈之間通過交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)和架橋形成三維網(wǎng)絡(luò)型分子結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了上述粘結(jié)劑的制備方法和利用該粘結(jié)劑制備的電極片以及電化學(xué)裝置。本發(fā)明的水溶性三維網(wǎng)絡(luò)型電極粘結(jié)劑水溶性好、粘度可調(diào)、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量可控，以此作為電極粘結(jié)劑制備的碳電極片力學(xué)性能好，不會(huì)發(fā)生電極片常見的“掉料”現(xiàn)象，并且該電極片在首次充電過程中不可逆容量低，可逆容量高，可以制造出具有優(yōu)良循環(huán)性能的鋰離子電池、超級(jí)電容器等電化學(xué)裝置。
文檔編號(hào)H01M4/04GK102142560SQ201110030628
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者毛玉華, 石橋, 覃九三, 鄭洪河 申請(qǐng)人:深圳新宙邦科技股份有限公司