一种水性无机胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电极浆料领域，公开了一种水性无机胶及其制备方法与应用。水性无机胶由是不溶性或难溶性的固相分散质与液相分散剂形成的均一、稳定的介于溶液和沉淀之间的固液两相分散体系；水性无机胶可以通过液相生长法或固相破碎法制备；水性无机胶可以应用于涂膏式电极、非涂膏式电极、包覆电极活性材料、包覆储氢合金等方面。本发明专利技术以金属化合物（主要是氧化物或氢氧化物）制备水性无机胶添加剂，取代传统的金属化合物粉末添加剂，解决添加均一性及添加剂利用率等问题，同时取代或大幅削减传统的水性有机高分子胶体用量，消除或弱化这类物质对电池性能的负面影响。

Aqueous inorganic glue, preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of electrode paste and discloses a water-based inorganic adhesive, a preparation method and an application thereof. Waterborne inorganic glue by solid-liquid phase between insoluble or sparingly soluble solid dispersion and liquid uniform and stable agent formed between solution and precipitation of aqueous dispersion; preparation of inorganic glue can be broken by liquid phase method and solid phase growth; waterborne inorganic glue can be used for paste type electrode, non coated electrode, coated electrode active material coated, hydrogen storage alloy etc.. The present invention compounds (mainly with metal oxide or hydroxide) preparation of waterborne inorganic adhesive additives, to replace the traditional metal compound powder additive, solve the utilization problems such as uniformity and add additives, colloidal aqueous organic polymer dosage and replace the traditional or slash, eliminate or weaken the negative impact of this matter on the battery the performance of the.

【技术实现步骤摘要】
一种水性无机胶及其制备方法与应用
本专利技术属于电极浆料领域，具体是一种水性无机胶及其制备方法与应用。
技术介绍
一般而言，大多数水性体系的电池，尤其是涂膏式电极（在导电基体上涂覆活性物质，并且涂覆时活性物质以及其它组分的混合物呈现湿润的状态，如凝胶状、有流动性的湿浆、半湿润的固体混合物等），为增加活性物质分布的均一性，混合物的稳定性以及可涂覆的均匀性等，通常都会添加一些增稠剂、悬浮剂、乳化剂、絮凝剂、胶体保护剂、流体改性剂、粘结剂等，为叙述方便，本文中暂时将实现这些功能的物质，统称为水性有机高分子胶体，常见的有纤维素类如CMC、HPMC、HEC、MC等，多糖类如黄原胶、阿拉伯树胶、瓜尔胶等，高分子聚合物如聚丙烯酸钠、聚乙烯醇等，此类物质结构特点均为含有大量羟基、羧基的高分子物质，能与水分子形成较多的氢键，并依靠较高的分子量，造成明显的范德华力影响，使得胶体粘度很高，低浓度时为较稳定的水溶性胶体，高浓度或高温等条件下为水凝胶。此类物质的使用一般会存在如下问题：用量过少则混合体系不足以抗逆重力筛分而分层，用量过多则粘度过大造成流平或者刮平困难，并且此类物质较强的亲水性对水性电解液的束缚造成电池诸如阻抗、倍率、平台变差，此类大分子物质成分的复杂性、稳定性往往会带来电池电压、荷电、寿命等性能下降或一致性变差。作为水性体系的电池，往往都面临抑制水电解的问题，需要加入一些析氢或析氧抑制剂，除此之外，为了改善电极诸如电压平台、充放电效率、循环衰减、自放电、倍率、腐蚀等性能，也需要加入形形色色的添加剂。这类添加剂通常为金属或金属化合物，比较常见的是过渡金属元素、稀土元素的氧化物、氢氧化物或羟基氧化物。这类添加剂往往都是难溶于水或者难溶于电解液的物质，除了制备活性物质时就以形成固溶体或者共溶体的方式加入能相对均一以外，诸如将活性物质、添加剂、各种助剂等机械混合方式，因为这些添加剂为固体粉末或小颗粒的形态，难以将添加剂均匀的分散于活性物质中。为了实现添加均匀，往往采用极细粒度的添加剂，但又带来团聚再分散困难、极细粒度（如纳米级）物质生产成本高昂的问题。另一方面，粒度较粗的添加剂往往利用率低，为确保足够的效果，只能增大添加剂使用量，对于较昂贵的添加剂，愈发加剧了添加剂成本压力，另一方面，这类添加剂往往都是导电性差的物质，较大的粒度以及较多的添加量，将带来电极阻抗上升的负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水性无机胶，其兼具电极体系中添加的水性有机高分子胶体和金属化合物类添加剂的双重功效，换言之，使金属化合物类添加剂水性无机胶化后同时具备了水性有机高分子胶体的部分功能，从而可以降低或避免水性有机高分子胶体的使用。本专利技术的另一目的是提供该水性无机胶的制备方法。本专利技术的另一目的是提供该水性无机胶的应用。为达到上述目的之一，本专利技术采用以下技术方案：一种水性无机胶，由是不溶性或难溶性的固相分散质与液相分散剂形成的均一、稳定的介于溶液和沉淀之间的固液两相分散体系。进一步地，水性无机胶由不溶于水或难溶于水的金属化合物分散于水中而形成。这些金属化合物在水中不会发生反应或者能与水相对稳定共存，作为添加剂而言，金属元素主要是除第I、II主族外的金属元素以及第II主族中的的Be、Mg、Ca元素，在实际水性电池中应用的常见添加剂，优选Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、La、Ce、Sm、Er、Tm、Yb、Hg、Tl、Pb、Bi等元素的氧化物或氢氧化物，以及金属元素Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、La、Ce、Sm、Er、Tm、Yb、Hg、Tl、Pb、Bi等的卤化物、硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、锌酸盐、钴酸盐、铁酸盐、含磷化合物、含硼化合物、含烷氧基化合物、含羧基化合物，以及过渡金属元素的络合物。更优选的添加剂包含Mg、Al、Ca、Ti、V、Co、Zn、Y、Zr、Cd、In、Sn、La、Ce、Er、Yb、Pb、Bi等元素的氧化物或氢氧化物；以及镍、钴、铁、钛、锌等过渡金属的络合物，尤其是含有羟基或含氮的络合物。广义上讲，含O、N、F等电负性较强的、容易与水分子形成氢键或者与水分子有较强的亲和力的金属化合物，并且这些化合物不溶于水或难溶于水，则就有可能制备出含有这些金属元素的水性无机胶。水性无机胶是指不溶性或难溶性物质在分散剂如水中的介于溶液和沉淀之间的几种分散状态，如水性胶体或凝胶或稳定悬浊液，为方便叙述，本文中将这类在水中形成的介于溶液和沉淀之间的若干连续状态（即相邻状态之间无界限）统称为水性无机胶。当此类金属化合物粒子较小且浓度较低（0.01~1wt%，优选0.1~0.5wt%）时，可形成稳定的具有流动性的水性胶体（亦可称水溶胶或类似水溶胶），当金属化合物粒子较小且浓度较高（0.5~20wt%，优选1~5wt%）时，可形成无流动性或流动性很低的凝胶态或类似凝胶态的物质，尤其是洗涤干净后接近中性或为方便储运适当浓缩后的成品。当金属化合物粒子较大时，因其与水良好的亲和力以及固相微观或介观结构中夹杂着大量水分子，使得粒子在热运动作用下能抗逆重力筛选沉降，故即使粒子达到目视可辨的宏观尺寸，依然能形成较为稳定的悬浊液，此悬浊液拥有类似水性有机高分子胶体实用性功能中的增稠、悬浮、乳化、絮凝、胶体保护等作用。本专利技术并不限定水性无机胶的粒径或者粒度分布情况，这是因为该类水性无机胶的构成上，一次颗粒为极其细小的金属化合物微粒以及包裹着此微粒的若干水分子（可以类比为水合离子的模型），因无明确限度界定故暂无法表征其粒径，二次颗粒为若干一次颗粒与大剂量的水分子相互吸附、团聚、缔合而成（并非传统意义上的分散质的一次颗粒团聚形成二次颗粒），也即此二次颗粒并非单纯的分散质粒子，已然是分散质和分散剂相混合的混合物粒子，在近似于水凝胶的状态下，等效于此二次颗粒直接堆积，在近似于水溶胶的状态下，等效于此二次颗粒再度细化分散于水中。换言之，一次颗粒无法定量讨论，二次颗粒又非单一的分散质粒子，讨论其粒径已无意义。另一方面，二次颗粒的激光粒度约为微米级别，超出胶体的范畴，而其一次颗粒、二次颗粒又可等效为若干简单离子与水分子缔合成的超大分子，如同有机高分子胶体一般，具备胶体的性状。本专利技术的粒度大小仅定性指代一次颗粒的大小，并存在强的正相关关系：一次颗粒越小，形成的水性胶体越稳定，形成凝胶时所需的最低固含量越低，即分散程度越高；一次颗粒越大，越难以形成稳定的水性胶体，即分散程度越低，当出现如同该金属化合物固体粉末一样性状的颗粒物或者沉淀物时，如氧化钇或者氢氧化钇固体的白色粉末状态，定义为一次颗粒超出本专利技术讨论范围上限，不能够形成水性无机胶。在电极中加入高度分散状态的金属化合物添加剂，尤其是添加量较多时（对于大剂量添加常规的金属氧化物固体粉末型添加剂，亦会明显增加电极内部接触电阻）会少量增加电极活性物质颗粒间接触电阻，导致电极整体欧姆阻抗上升，此时可适当添加改善接触电阻的物质，如石墨类、活性炭类、乙炔黑等导电碳粉类、镍粉等金属粉末类、镍纤维等导电纤维类、钴的氧化物或氢氧化物等。另一方面，提升添加剂利用率，降低添加剂使用量，也一定程度上降低了活性物质颗粒间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性无机胶，其特征在于，所述水性无机胶由是不溶性或难溶性的固相分散质与液相分散剂形成的均一、稳定的介于溶液和沉淀之间的固液两相分散体系。

【技术特征摘要】
1.一种水性无机胶，其特征在于，所述水性无机胶由是不溶性或难溶性的固相分散质与液相分散剂形成的均一、稳定的介于溶液和沉淀之间的固液两相分散体系。2.根据权利要求1所述的水性无机胶，其特征在于，所述水性无机胶由不溶于水或难溶于水的金属化合物分散于水中而形成。3.根据权利要求2所述的水性无机胶，其特征在于，所述金属化合物的浓度是0.01~20wt%。4.根据权利要求2所述的水性无机胶，其特征在于，所述金属化合物选自金属元素Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、La、Ce、Sm、Er、Tm、Yb、Hg、Tl、Pb、Bi的氧化物、氢氧化物，以及金属元素Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱加雄，蔡小娟，苏养湘，
申请(专利权)人：深圳市豪鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44