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制造方法及图纸

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。

Water-soluble electrode binder, electrode sheet, preparation method and electrochemical energy storage device

The application provides a water-soluble electrode binder, an electrode sheet, a preparation method thereof and an electrochemical energy storage device. The water-soluble electrode binder is prepared from a water-soluble polymer and a crosslinking agent. The water-soluble polymer contains COOH functional groups. The crosslinking agent is one or more amine monomer compounds containing two or more amines or imines and amine polymers formed by homopolymer or copolymerization of amine monomer compounds containing two or more amines or imines. The application of the water-soluble electrode binder in the electrochemical energy storage device can improve the bonding force of the electrode sheet and restrain the volume expansion of the active material of the electrode, thereby improving the safety performance of the electrochemical energy storage device and improving the cycling performance of the electrochemical energy storage device. The water-soluble electrode binder in this application is pollution-free and does not cause harm to human body and environment. The preparation method of the electrode sheet is simple and feasible, and the obtained electrode sheet is safe and reliable.

【技术实现步骤摘要】
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
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
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，用于制备本专利技术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：本申请的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，当其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可在室温下制备，不需要特殊处理，同时该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。附图说明图1为实施例2的水溶性电极粘结剂的红外测试图谱；图2为实施例1和对比例1的循环性能曲线。具体实施方式下面详细说明根据本申请的水溶性电极粘结剂、电极片及其制备方法及电化学储能装置。首先说明根据本申请第一方面的水溶性电极粘结剂。根据本申请第一方面所述的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。在根据本申请第一方面所述的水溶性电极粘结剂中，水溶性聚合物分子链上含有活性官能团-COOH，交联剂中含有2个或2个以上的胺基或亚胺基，当水溶性聚合物与交联剂反应时，水溶性聚合物的分子链可通过交联剂中的胺基或亚胺基进行交联和架桥，即水溶性聚合物分子链上的-COOH与交联剂中的胺基或亚胺基发生酰化反应，形成具有三维网络结构的水溶性电极粘结剂，其中交联剂中胺基或亚胺基的个数在2个或2个以上时，可为-COOH和胺基或亚胺基之间发生酰化反应提供更多的反应位点，为在空间上形成三维网络结构的水溶性电极粘结剂提供了保障。具有三维网络结构的水溶性电极粘结剂具有良好的粘结性，能增大电极片中膜片与集流体之间的粘结力，从而可改善电化学储能装置的安全性能，同时具有三维网络结构的水溶性电极粘结剂可以很好的将电极活性材料固定在其三维网络结构中，防止电极活性材料在电化学储能装置充放电过程中从集流体上脱落，防止电极片在多次循环后出现“掉粉”现象。三维网络结构的水溶性电极粘结剂的分子链在交联剂的作用下相互牵扯，一定程度上抑制了电极活性材料在充放电过程中的体积膨胀，同时由于水溶性电极粘结剂的分子链相互牵扯，当离子从电极活性材料中脱出，电极活性材料的体积膨胀得到恢复时，水溶性电极粘结剂的分子链也可以在一定程度上得到恢复，从而可进一步抑制电极活性材料的体积膨胀，改善电化学储能装置的循环性能。在根据本申请第一方面所述的水溶性电极粘结剂中，所述交联剂与所述水溶性聚合物的重量比为0.01～0.20，若交联剂与水溶性聚合物的重量比过大，即水溶性电极粘结剂中交联剂的含量过大，则水溶性电极粘结剂的交联程度较高、分子量较大，一方面会影响其在去离子水中的溶解性，另一方面会造成其粘结性下降，影响电极片的生产和加工性能。在根据本申请第一方面所述的水溶性电极粘结剂中，所述水溶性聚合物选自羧酸类聚合物以及含有-COOH官能团的单体与含有酰胺基和/或羧酸酯基的单体形成的嵌段共聚物中的一种或几种。优选地，所述水溶性聚合物选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸-聚丙烯酰胺嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸-聚丙烯酰胺嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸-聚丙烯酸酯嵌段共聚物、聚丙烯酸-聚丙烯酸酯类嵌段共聚物中的一种或几种。聚丙烯酸酯可选自聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯或聚甲基丙烯酸丁酯。在根据本申请第一方面所述的水溶性电极粘结剂中，所述交联剂选自乙二胺、丙二胺、苯二胺、二乙烯三胺、碳化二亚胺、四甲基二丙烯三胺、聚乙二胺、聚苯二胺、聚碳化二亚胺、聚乙二胺-苯二胺嵌段共聚物、聚乙二胺-聚二乙烯三胺嵌段共聚物中的一种或几种。其次说明根据本申请第二方面的电极片。根据本申请第二方面所述的电极片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。所述电极粘结剂包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水溶性电极粘结剂，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种水溶性电极粘结剂，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的水溶性电极粘结剂，其特征在于，所述交联剂与所述水溶性聚合物的重量比为0.01～0.20。3.根据权利要求1所述的水溶性电极粘结剂，其特征在于，所述水溶性聚合物选自羧酸类聚合物以及含有-COOH官能团的单体与含有酰胺基和/或羧酸酯基的单体形成的嵌段共聚物中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的水溶性电极粘结剂，其特征在于，所述水溶性聚合物选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸-聚丙烯酰胺嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸-聚丙烯酰胺嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸-聚丙烯酸酯嵌段共聚物、聚丙烯酸-聚丙烯酸酯嵌段共聚物中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的水溶性电极粘结剂，其特征在于，所述交联剂选自乙二胺、丙二胺、苯二胺、二乙烯三胺、碳化二亚胺、四甲基二丙烯三胺、聚乙二胺、聚苯二胺、聚碳化二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，郭永胜，黄起森，梁成都，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35