本发明专利技术公开了一种高性能粘结剂及其在电极制备中的应用，提供的粘结剂包含：海藻酸钠10～90％，余量为羧甲基纤维素钠；其中，所述百分比为质量百分比。本发明专利技术提供的电极可用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等。所述锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等的改进之处在于使用本发明专利技术提供的粘结剂，使电池具有良好的循环性能。所述锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等具有循环寿命长等特点，所以特别适合于太阳能、风力发电所需的大规模储能电池，及智能电网调峰等大规模储能设备。
High performance adhesive and its application in electrode preparation
The invention discloses a high performance adhesive and its application in the preparation of electrodes, provide binders containing sodium alginate 10 ~ 90%, the balance of sodium carboxymethyl cellulose; among them, the percentage by mass. The electrode provided by the invention can be used for lithium ion batteries, sodium ion batteries, super capacitors, etc.. The improvement of the lithium ion battery, the sodium ion battery, the super capacitor and the like is that the utility model has the advantages of good circulation performance by using the binder provided by the invention. The lithium ion battery, sodium ion battery, super capacitor has the characteristics of long life cycle, it is particularly suitable for large-scale storage required for solar and wind power to the battery, and the smart grid peak shaving and other large-scale energy storage equipment.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种混合粘结剂，及其在电极制备，锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等中的应用。
技术介绍
锂离子电池目前已广泛应用于手机，笔记本电脑，摄像机等小型移动设备的供能，成为我们日常生活中不可或缺的一部分。近年来，锂离子电池也开始在电动汽车用动力电池，智能电网用储能电池等方面得到应用。锂离子电池的性能与极片制作工艺有着很大的关系，如粘结剂的选择，活性材料、碳黑、粘结剂的比例等。目前常用的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)的NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶液。使用PVDF粘结剂容易形成浆料，浆料流动性好，在商品锂离子电池中得到了广泛应用。而对于一些在脱/嵌锂过程中体积形变较大的材料，在循环中会出现原来建立的导电网络被破坏，颗粒之间、颗粒与导电添加剂之间失去粘结，材料从集流体脱落，从而造成容量衰减。例如硅，其理论容量可达4400mAh/g，但在完全嵌锂后，颗粒体积膨胀三倍，这样在循环中造成颗粒粉化，容量迅速衰减。目前采取的措施主要是减小颗粒尺寸和进行硅碳复合。通过减小颗粒尺寸，在一定程度上减缓了容量的衰减，但仍不能得到很好的改善。通过进行硅碳复合，碳网络可以缓冲硅体积膨胀的作用，能较好的改善循环性能，这样就需要引入复杂的处理工艺，而且也降低了重量能量密度和体积能量密度。因此，如果选用合适的粘结剂，使其能在活性物质体积形变较大时仍保持好的粘结性，将有效提高电极的循环性能。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种粘结剂及其在电极制备中的应用，使用这种粘结剂制备的电极用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等可以表现出更好的循环性能。本专利技术提供的粘结剂包含:海藻酸钠(以下简记为NaAlg) 10 90%，余量为羧甲基纤维素钠(以下简记为CMC);其中，所述百分比为质量百分比。优选地，NaAlg为40 60%，余量为CMC ;所述百分比为质量百分比。优选地，本专利技术的粘结剂所用溶剂为蒸馏水。本专利技术的粘结剂用于电极制备，所用导电添加剂可以为乙炔黑、KB、石墨粉、石墨稀、碳纳米管、多孔碳等。本专利技术的粘结剂用于电极制备，所用集流体可以为铜箔、铝箔、钛箔、镍网、泡沫镍坐寸O本专利技术还提供了将所述粘结剂用于制备电极和电池的应用。将本专利技术的粘结剂用于制备电极时，可采用现有的锂离子电池电极的通用制作方法，即将粘接剂溶于一种溶剂形成粘稠溶液，然后和活性材料及导电添加剂共混形成具有一定流动性的浆料。另外一种方法是将活性材料与作为导电添加剂的粉体研磨混合后，力口入粘结剂粉体研磨混合均匀，所述粘结剂占2-20wt.%。再加入溶剂研磨混合，直到形成均匀的胶状浆料，涂覆于集流体上制备电极片，涂覆后所得薄膜的厚度可以为2-500 μ m。将所得电极片裁剪成适合形状，在真空环境中100-150°C烘干后备用。本专利技术提供的电极可用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等。所述锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等的改进之处在于使用本专利技术提供的粘结剂，使电池具有良好的循环性能。所述锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等具有循环寿命长等特点，所以特别适合于太阳能、风力发电所需的大规模储能电池，及智能电网调峰等大规模储能设备。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中:图1是本专利技术实施例1所用的活性物质FeS粉末和制备的FeS电极的扫描电镜(SEM)图；图2是本专利技术实施例1的FeS电极的前20周充放电曲线；图3是本专利技术对比例I的FeS电极的前20周充放电曲线；图4是本专利技术实施例4的Sn电极的首周充放电曲线；图5是本专利技术对比例3的Sn电极的首周充放电曲线；图6是本专利技术实施例5和对比例4的循环性能比较； 图7是本专利技术实施例6和对比例5的循环性能比较； 图8是本专利技术实施例7和对比例6的循环性能比较；具体实施例方式下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。本部分对本专利技术试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本专利技术目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本专利技术仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本专利技术所用材料和操作方法是本领域公知的。实施例1本实施例用于说明本专利技术的粘结剂的配制及其用于FeS电极的制作，及其在锂离子电池中的应用。按质量比5: 5称取NaAlg与CMC，研磨混合均匀后备用。FeS电极制备过程如下:按8:1:1的比例分别称取FeS粉末，导电添加剂乙炔黑，及本专利技术的粘结剂NaAlg与CMC混合粉末。将FeS粉末与乙炔黑研磨混合后，加入粘结剂粉末研磨混合均匀，再加入适量的蒸馏水，研磨直至形成黑色均匀的糊状浆料。然后把浆料均匀涂覆于铜箔上，浆料干燥后形成均一的膜，与铜箔粘结良好。将干燥后的极片裁成8X8mm的极片，在IOOoC真空条件下干燥10小时，随即转移入手套箱备用。所用FeS粉末及制备好的电极的扫描电镜图片见图1。模拟电池的装配及电池测试过程如下:在Ar气氛的手套箱内，以金属锂片为对电极，IM的LiPF6/EC:DMC溶液为电解液，装配成CR2032扣式电池。使用恒电流模式进行充放电测试，放电截至电压为1.(^，充电截至电压为2.5￥，电流密度为6011^/^。测试结果见图2。图2为前20周的充放电曲线，首周放电容量为57511^11/^，首周效率为84%，20周后容量保持率为92.5%。实施例2本实施例用于说明本专利技术的粘结剂的配制及其用于FeS电极的制作，及其在锂离子电池中的应用。按质量比6: 4称取NaAlg与CMC，研磨混合均匀后备用。FeS电极制备，电池装配及测试过程同实施例1。电池首周放电容量为570mAh/g，首周效率为82.3%, 20周后容量保持率为93.7%。实施例3本实施例用于说明本专利技术的粘结剂的配制及其用于FeS电极的制作，及其在锂离子电池中的应用。按质量比8: 2称取NaAlg与CMC，研磨混合均匀后备用。FeS电极制备，电池装配及测试过程同实施例1。电池首 周放电容量为560mAh/g，首周效率为80.5%,20周后容量保持率为94.1%。对比例I本对比例用于说明本专利技术的粘结剂相比于通用的PVDF粘结剂对FeS循环性能的提闻。按质量比8: I: I称取FeS粉末，导电添加剂乙炔黑，粘结剂PVDF，以NMP为溶齐U，研磨混合均匀形成黑色浆料，涂覆于铜箔上，干燥后形成均一的膜，与铜箔粘结良好。将干燥后的极片裁成8X8mm的极片，在100°C真空条件下干燥10小时，随即转移入手套箱备用。电池装配及测试过程同实施例1。测试结果见图3。可见，首周容量为504mAh/g，首周效率为78.1%，20后容量保持率为46.6%。因此，使用NaAlg与CMC混合粘结剂，显著提高了 FeS循环性能。对比例2本对比例用于说明本专利技术的粘结剂相比于单纯使用NaAlg在FeS电极制备上的优点。以单纯的NaAlg为粘结剂，按实施例1中方法制备电极。涂覆好的电极在干燥后发生较严重的收缩，从集流体开裂脱落。因此，使用本专利技术的NaAlg与CMC混合粘结剂易于制备电极。实施例4本实施例用于说明本专利技术的粘结剂的配制及其用于Sn电极的制作，及其在钠离子电池中的应用。按质量比5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高性能粘结剂，包括：海藻酸钠10～90％，余量为羧甲基纤维素钠；其中，所述百分比为质量百分比。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇胜，赵亮，王跃生，潘慧霖，李泓，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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