海藻酸盐在制备电极片中作为粘结剂的应用制造技术

本发明专利技术公开了海藻酸盐在制备电极片中作为粘结剂的应用。本发明专利技术将海藻酸盐应用为粘结剂来制备电极片，该粘结剂的水溶性好，粘结效果好，由其制备的碳负极片力学性能好，首次不可逆容量低，可逆容量高，比能量高，电极的循环稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海藻酸盐的应用，具体涉及海藻酸盐在制备电极片中作为粘结剂的应用。
技术介绍
锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池，其具有电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小等优点，是现代高性能电池的代表，得到了广泛应用。电极片是锂离子电池的重要组成部分之一，而粘结剂是电极片制作过程中必不可少的重要成分。不仅粘结剂的价格影响电极片的造价，而且粘结剂的性质也在不同程度上影响电极的许多性能，如果粘结剂的力学性能不好，就容易造成电极片在电化学循环过程中粉化，从而导致电池容量损失甚至完全丧失；如果粘结剂的电化学稳定性不好时，粘结剂的一些基团就会参与电极电化学反应，导致电极反应的可逆性下降。可见，粘结剂虽然不是电极的活性成分，却对电池的造价、工艺和整体电化学性能具有重要的影响。因此，优良的电极粘结剂是制作优良电极片的重要保证。目前，在锂离子电池行业，主要使用的粘结剂是传统的聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂，这种粘结剂在工业上的优势是使用技术成熟，性能稳定，缺点是价格昂贵，且只能溶于 N-甲基吡咯烷酮(NMP)，需要消耗大量有机溶剂NMP，对环境污染大；另外，PVDF粘结剂中的 F可能在电极长期循环过程生成LiF，致使电池中活性Li离子消耗和电极的阻抗增加，造成电池的容量损失。针对上述问题，近年来水溶性粘结剂得到了迅速的发展，主要是丁苯橡胶溶液 (SBR)和羧甲基纤维素(CMC)钠的混合粘结剂，这种粘结剂使用水作为浆料的介质，无环境污染，价格也相对较低，因此近年来得到了比较广泛的应用。然而，SBR在电极中的粘结性能差，在低电位条件下稳定性不好，特别是在长期循环过程中易于被还原分解，对电池的长期循环性能不利。另一方面，海藻酸盐，如海藻酸钠(分子式为(C6H7NaO6)n ；CAS号为9005_38_3)目前得到了广泛应用，如食品级海藻酸钠可以用作代替淀粉、明胶作冰淇淋的稳定剂，可控制冰晶的形成，改善冰淇淋口感，也可稳定糖水冰糕、冰果子露、冰冻牛奶等混合饮料。在医药领域，具有降压、降脂作用。但至今为止没有将其作为粘结剂应用于制备电极片的报道。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种海藻酸盐在制备电极片中作为粘结剂的应用。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是海藻酸盐在制备电极片中作为粘结剂的应用。上述技术方案中，所述海藻酸盐选自海藻酸的锂盐、钠盐、钾盐、镁盐、钙盐、锶盐、 铬盐、锰盐、铜盐、锌盐、铁盐、钴盐和镍盐中的一种或几种。优选的技术方案，所述海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸锂中的一种或几种。利用海藻酸盐粘结剂制备电极片的方法，包括如下步骤(1)将海藻酸盐溶解于水中，质量浓度在广5%之间，搅拌2飞小时得到均勻粘稠的海藻酸盐水溶液；(2)将上述海藻酸盐水溶液与电极活性物质混合制浆，控制海藻酸盐粘结剂的干重为电极干重的2 20%之间，在4000转/分的转速条件下搅拌1小时，得到均勻混合的电极浆料，浆料的粘度在40(Γ1400厘泊之间；(3)将上述电极浆料在涂布机上涂布后，35 50°C条件下干燥，电极干燥后的厚度不超过 120 mm ；(4)将制得的电极片压制到孔率为2(Γ30%，即可得到成品电极片。所述的步骤(1)中的海藻酸盐选自海藻酸锂、海藻酸钠和海藻酸钾中的一种或几种。所述的步骤(2)中的电极活性物质包括各种天然石墨、人工石墨和低温热解碳材料中的一种或几种；还包括导电剂，如乙炔黑、导电石墨、导电纤维等。所述步骤(4)中使用的对辊压机用5 20个大气压的压力压制电极，压制后电极片的厚度为初始厚度的5(Γ70%。上述制得的电极片可以用来制造锂离子电池和超级电容器等化学电源。相对于现有的PVDF粘结剂，采用本专利技术粘结剂制备电极片及其锂离子电池具有以下优点(1)电极比能量高，使用海藻酸盐粘结剂制作锂离子电池碳负极片时粘结剂用量少，电极中非电极活性物质含量低，有利于提高电极的体积比能量。(2)电极的不可逆容量低，可逆容量高，相对于传统的PVDF粘结剂而言，使用海藻酸盐粘结剂制备的碳负极在电池首次充电过程中副反应小，不可逆容量损失小，可逆容量尚ο(3)电极的循环稳定性好，海藻酸盐粘结剂在电池电化学过程中稳定，与电解液之间的副反应小，有利于延长电池的循环寿命。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点1.本专利技术对已知的海藻酸盐发掘了新的工业用途，开拓了一个新的应用领域。2.本专利技术将海藻酸盐应用为粘结剂来制备电极片，该粘结剂的水溶性好，粘结效果好，由其制备的碳负极片力学性能好，首次不可逆容量低，可逆容量高，比能量高，电极的循环稳定性好。3.由本专利技术的海藻酸盐粘结剂制备的锂离子电池碳负极极片具有较高的容量和较长的循环寿命，对发展长寿命动力锂离子电池具有很好的意义。附图说明附图1是本专利技术实施例一的负极极片和对比例一的负极极片的首次充放电曲线对比附图2是本专利技术实施例一的扣式电池和对比例一的扣式电池的循环性能对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述 实施例一海藻酸钠在制备电极片中作为粘结剂的应用。利用海藻酸钠粘结剂制备电极片，包括如下步骤(1)取2克海藻酸钠溶解于98克水中，充分搅拌制得1的均勻粘稠的海藻酸钠水溶液；(2)将制得的海藻酸钠的水溶液与33.3克球形天然石墨电极材料混合制浆(此时，海藻酸钠粘结剂的干重为电极干重的6%)，4000转/分的速度下充分搅拌使浆料充分混合均勻；(3)控制浆料的粘度在为80(Γ1000厘泊；(4)制得的浆料在涂布机上均勻涂布和干燥，电极干燥后的厚度在4(T120mm之间；(5)使用对辊压机，控制1(Γ20个大气压的压力将制得的电极片压制到孔率为2(Γ30% 之间。一、海藻酸钠粘结剂的负极极片的制造用实施例一配置的浆料，铜箔集流体的厚度为18mm，宽320mm，电极中心涂层厚度为80mm左右，压制后电极片的厚度为50 mm，用实施例一的浆料涂层干燥后，可以制得单面密度为60 g/m2的碳负极片，经压制后，极片机械性能优良，易于卷绕加工，活性物质不易从集流体脱落，不出现“掉料”现象。二、正极片的制造以LiNiv3Ccv3Mn1A2为研究对象，将IOg聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂与IOg乙炔黑导电剂，均勻分散在IOOg N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中制得粘结剂-导电剂混合物，该粘结剂-导电剂复合物与80g LiNi173Co173Mn173O2混合制浆，以每分钟4000转的转速高速搅拌， 搅拌时间不少于2小时，将整个浆料充分混合均勻；将制得的浆料在涂布机上涂布和干燥， 控制电极片的干燥厚度在7(T80 mm之间，然后使用对辊压机将制得的电极片的厚度压制到55 65 mm之间。三、扣式电池的制造使用上述正极片和负极片，Celgard MOO隔膜，1 mol/L LiPF6/EC+DEC (重量比为 1:1)的电解液，在手套箱中组装扣式电池，控制负极片在容量和面积两方面均比相应的正极材料有10%的过剩；依照扣式电池制造的常用工艺，经切割、烘片、组装、注液和封口压制后，所得的电池进行化成。四、电池的化成电池的化成制度为使用0. ImA/cm2的电流密度恒电流充、放电循环3次，充电截至电压为4. 3V，放电截至电压为3. 0V,完成化成本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．海藻酸盐在制备电极片中作为粘结剂的应用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑洪河，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：32