本發(fā)明涉及鈉離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鈉離子具有儲(chǔ)量豐富、分布廣泛、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，能夠解決鋰離子電池價(jià)格高昂、資源有限的問題。同時(shí)，鋰離子電池研發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富，可直接應(yīng)用于鈉離子電池領(lǐng)域。因此，鈉離子電池被認(rèn)為是目前最具應(yīng)用前景的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能體系之一。

鈉離子電池的性能差異主要取決于電極的制作工藝及所選擇的原料(如活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等)。其中，粘結(jié)劑的添加量非常低，但在鈉離子電池的電極制備中是必不可少的組成部分。目前，粘結(jié)劑的開發(fā)主要集中于充放電過程中體積膨脹嚴(yán)重的合金類和轉(zhuǎn)化類負(fù)極材料，忽略了適用于體積膨脹較小硬炭負(fù)極材料粘結(jié)劑的開發(fā)。由于鈉離子電池與鋰離子電池具有相似的理化性質(zhì)和工作原理，通常直接借鑒鋰離子電池的經(jīng)驗(yàn)將聚偏氟乙烯(pvdf)粘結(jié)劑用于鈉離子電池硬炭負(fù)極材料。然而，硬炭負(fù)極比石墨負(fù)極具有更大的比表面積和更多缺陷，導(dǎo)致存在較低的首次庫倫效率和倍率性能的問題。因此，直接將pvdf粘結(jié)劑應(yīng)用于鈉離子電池炭負(fù)極材料并不合理。另外，雖然pvdf粘結(jié)劑因其良好的熱和電化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛用于商業(yè)化的鋰電池負(fù)極制備，但pvdf成本高、粘結(jié)強(qiáng)度低、導(dǎo)電性差，已無法滿足對(duì)高容量電極材料的開發(fā)需求。因此，迫切需要開發(fā)適用于硬炭負(fù)極的多功能粘結(jié)劑，使其能夠抑制充放電過程中不可逆反應(yīng)的發(fā)生且加快離子的擴(kuò)散，從而有效地解決鈉離子電池的低首次庫倫效率和倍率性能問題。此外，開發(fā)綠色環(huán)保且成本低廉的粘結(jié)劑也是鈉離子電池商業(yè)化行程的重中之重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：現(xiàn)有技術(shù)鈉離子電池硬炭負(fù)極用粘結(jié)劑是有機(jī)系，成本高、粘結(jié)強(qiáng)度低、導(dǎo)電性差，應(yīng)用于鈉離子電池存在首次庫存效率低，倍率性能差，電池循環(huán)穩(wěn)定性較差等問題。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑；本發(fā)明的目的之二是提供上述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在鈉離子電池中應(yīng)用；本發(fā)明的目的之三是提供一種鈉離子電池電極片；本發(fā)明的目的之四是提供一種上述鈉離子電池電極片的制備方法；本發(fā)明的目的之五是提供一種鈉離子電池。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，包含鈉離子水溶性聚合物和聚環(huán)氧乙烷的混合物制備得到，其具有羧基和酯基形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的是，所述鈉離子水溶性聚合物和所述聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為9～1:1優(yōu)選為5-9:1，進(jìn)一步優(yōu)選為7-9:1。

優(yōu)選的是，所述鈉離子水溶性聚合物為海藻酸鈉，羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或兩種以上，優(yōu)選為海藻酸鈉。

本發(fā)明還提供上述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在鈉離子電池中應(yīng)用。

本發(fā)明還提供一種鈉離子電池電極片，包含集流體和涂覆在所述集流體上的涂層，其中所述涂層包括活性材料、導(dǎo)電劑和上述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑。

優(yōu)選的是，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述涂層中鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑干物質(zhì)占所述電池電極片干物質(zhì)總質(zhì)量的2-20％，優(yōu)選為2-10％。

優(yōu)選的是，所述活性材料為碳基材料、合金材料、轉(zhuǎn)化材料、聚陰離子化合物、普魯士藍(lán)和有機(jī)類材料中一種，優(yōu)選為碳基材料。

優(yōu)選的是，所述導(dǎo)電劑為碳納米管、碳纖維、石墨烯、乙炔黑、superp和supers中的一種。

本發(fā)明還提供一種上述鈉離子電池電極片的制備方法，包括下述步驟：將所述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑和活性材料混合得到漿料，將漿料涂覆在所述集流體上得到涂層，之后將涂層依次經(jīng)常壓干燥和真空干燥得到鈉離子電池電極片，其中真空干燥溫度為80-120℃，優(yōu)選為100℃。

優(yōu)選的是，所述常壓干燥溫度為40-60℃，優(yōu)選常壓干燥時(shí)間為1-3h，進(jìn)一步優(yōu)選真空干燥時(shí)間為8-16h。

本發(fā)明還提供一種鈉離子電池，包含正極、負(fù)極、電解液和隔膜，其中正極和/或負(fù)極為上述鈉離子電池電極片或上述制備方法制備得到的電極片。

優(yōu)選的是，所述鈉離子電池在0.02ag-1的電流密度下，可逆充電比容量為230-340mahg-1，優(yōu)選330-340mahg-1。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明通過鈉離子水溶性聚合物與聚環(huán)氧乙烷的酯化反應(yīng)構(gòu)造具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多功能水性粘結(jié)劑，其壓痕力可達(dá)到8mn以上，模量可達(dá)到5mpa以上，硬度可達(dá)到0.05gpa以上，具有較強(qiáng)力學(xué)性能，可以提高多功能水性粘結(jié)劑對(duì)活性材料顆粒、導(dǎo)電劑和集流體的粘結(jié)性能，緩解充放電過程中材料體積膨脹問題，維持整體電極緊密接觸，提升電極的循環(huán)穩(wěn)定性，特別是對(duì)于嵌鈉/脫鈉過程中體積膨脹嚴(yán)重的活性材料。

(2本發(fā)明的鈉離子水溶性聚合物具有大量的羧基官能團(tuán)和羥基官能團(tuán)，利用活性材料表面形成氫鍵作用，可均勻地覆蓋在活性材料表面，形成一層鈍化膜，可有效地抑制首次充放電過程中電解液的分解反應(yīng)，降低固體電解質(zhì)膜的形成，減少不可逆容量的損失，提高首次庫倫效率。

(3)本發(fā)明的聚環(huán)氧乙烷為離子型粘結(jié)劑，具有快速的導(dǎo)離子能力，提高離子擴(kuò)散系數(shù)和倍率性能。

(4)本發(fā)明的多功能水性粘結(jié)劑中的na+可以提高電極的首次庫倫效率和倍率性能。

附圖說明

圖1為實(shí)施例3制備鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在25℃真空干燥和100℃真空干燥后的傅里葉紅外光譜圖；

圖2為實(shí)施例3制備鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在25℃真空干燥后的x射線光電子能譜圖；

圖3為實(shí)施例3制備鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在100℃真空干燥后的x射線光電子能譜圖；

圖4為實(shí)施例1-3制備鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑壓痕力和壓痕深度的變化曲線；

圖5為實(shí)施例1-3制備鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑楊氏模量和壓痕深度的變化曲線；

圖6為實(shí)施例1-3制備鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑硬度和壓痕深度的變化曲線；

圖7為對(duì)比例2制備電極的mapping圖；

圖8為對(duì)比例2制備電極的sem圖；

圖9為實(shí)施例4制備電極的mapping圖；

圖10為實(shí)施例4制備電極的sem圖；

圖11為實(shí)驗(yàn)例4-6中電池和ba-pvdf的倍率性能圖；

圖12為實(shí)驗(yàn)例4中電池ba-pvdf長(zhǎng)循環(huán)后電極ep-pvdf表面的sem圖；

圖13為實(shí)驗(yàn)例4中電池ba-sa/peo-1a長(zhǎng)循環(huán)后電極ep-sa/peo-1a表面的sem圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的之一在于提供一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑。

具體而言，一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，包含鈉離子水溶性聚合物和聚環(huán)氧乙烷的混合物制備得到，其具有羧基和酯基形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的是，所述鈉離子水溶性聚合物和所述聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為9～1:1優(yōu)選為5-9:1，進(jìn)一步優(yōu)選為7-9:1。

優(yōu)選的是，所述鈉離子水溶性聚合物為海藻酸鈉，羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或兩種以上，優(yōu)選為海藻酸鈉。

本發(fā)明的目的之二是提供上述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在鈉離子電池中應(yīng)用。

本發(fā)明的目的之三是提供一種鈉離子電池電極片，包含集流體和涂覆在所述集流體上的涂層，其中所述涂層包括活性材料、導(dǎo)電劑和上述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑。

優(yōu)選的是，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述涂層中鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑干物質(zhì)占所述電池電極片干物質(zhì)總質(zhì)量的2-20％，優(yōu)選為2-10％。

優(yōu)選的是，所述活性材料為碳基材料、合金材料、轉(zhuǎn)化材料、聚陰離子化合物、普魯士藍(lán)和有機(jī)類材料中一種，優(yōu)選為碳基材料。

優(yōu)選的是，所述導(dǎo)電劑為碳納米管、碳纖維、石墨烯、乙炔黑、superp和supers中的一種。

本發(fā)明的目的之四是提供一種上述鈉離子電池電極片的制備方法，包括下述步驟：將所述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑和活性材料混合得到漿料，將漿料涂覆在所述集流體上得到涂層，之后將涂層依次經(jīng)常壓干燥和真空干燥得到鈉離子電池電極片，其中真空干燥溫度為80-120℃，優(yōu)選為100℃。本申請(qǐng)鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在電極干燥過程中完成固化反應(yīng)過程，反應(yīng)條件溫和，電極制備的整個(gè)過程也符合綠色安全生產(chǎn)的要求，易于控制，可行性高，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

優(yōu)選的是，所述常壓干燥溫度為40-60℃，優(yōu)選常壓干燥時(shí)間為1-3h，進(jìn)一步優(yōu)選真空干燥時(shí)間為8-16h。

本發(fā)明的目的之五是提供一種鈉離子電池，包含正極、負(fù)極、電解液和隔膜，其中正極和/或負(fù)極為上述鈉離子電池電極片或上述制備方法制備得到的電極片。

優(yōu)選的是，所述鈉離子電池在0.02ag-1的電流密度下，可逆充電比容量為230-340mahg-1，優(yōu)選330-340mahg-1。

下面將通過具體的實(shí)施例、實(shí)驗(yàn)例對(duì)本發(fā)明鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑及其應(yīng)用進(jìn)行具體說明。

本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例使用原料和設(shè)備來源見表1。

表1本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例使用原料和設(shè)備來源

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，制備方法如下：稱取0.5g羧甲基纖維素鈉與0.5g聚環(huán)氧乙烷加入到燒杯中，然后量取32.3ml去離子水加入到燒杯中，攪拌溶解，即得鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，記為cmc/peo。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，制備方法如下：稱取0.8g聚丙烯酸鈉與0.2g聚環(huán)氧乙烷加入到燒杯中，然后量取32.3ml去離子水加入到燒杯中，攪拌溶解，即得鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，記為sp/peo。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，制備方法如下：稱取0.9g海藻酸鈉與0.1g聚環(huán)氧乙烷加入到燒杯中，然后量取32.3ml去離子水加入到燒杯中，攪拌溶解，即得鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，記為sa/peo-1。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種鈉離子電池電極片，制備方法如下：稱取1g葡萄糖，在氬氣氣氛下以3℃min-1升溫至1500℃炭化4h得到葡萄糖碳，稱取80mg葡萄糖碳和10mg碳納米管加入到研缽中進(jìn)行混合研磨5min，然后轉(zhuǎn)移到玻璃瓶中，再加入333.3mg實(shí)施例3制備的鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，攪拌12h得到均勻的漿料，之后使用涂布器將漿料涂布在銅箔集流體上，轉(zhuǎn)入鼓風(fēng)干燥箱中50℃干燥2h，再轉(zhuǎn)入真空干燥箱中100℃干燥12h，將干燥后的電極片裁剪成直徑為12mm的圓片，記為ep-sa/peo-1a。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種鈉離子電池電極片，制備方法如下：稱取1g葡萄糖，在氬氣氣氛下以3℃min-1升溫至1500℃炭化4h得到葡萄糖碳，稱取85mg葡萄糖碳和13mg碳納米管，加入到研缽中進(jìn)行混合研磨5min，然后轉(zhuǎn)移到玻璃瓶中，再加入66.6mg實(shí)施例3制備的鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑攪拌12h得到均勻的漿料，之后使用涂布器將漿料涂布在銅箔集流體上，轉(zhuǎn)入鼓風(fēng)干燥箱中40℃干燥3h，再轉(zhuǎn)入真空干燥箱中80℃干燥16h，將干燥后的電極片裁剪成直徑為12mm的圓片，ep-sa/peo-1b。

實(shí)施例6

本實(shí)施例提供一種鈉離子電池電極片，制備方法如下：稱取1g葡萄糖，在氬氣氣氛下以3℃min-1升溫至1500℃炭化4h得到葡萄糖碳，稱取70mg葡萄糖碳和10mg碳納米管，加入到研缽中進(jìn)行混合研磨5min，然后轉(zhuǎn)移到玻璃瓶中，再加入666.6mg實(shí)施例3制備的鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑攪拌12h得到均勻的漿料，之后使用涂布器將漿料涂布在銅箔集流體上，轉(zhuǎn)入鼓風(fēng)干燥箱中60℃干燥1h，再轉(zhuǎn)入真空干燥箱中120℃干燥8h，將干燥后的電極片裁剪成直徑為12mm的圓片，ep-sa/peo-1c。

對(duì)比例1

稱取0.2g聚偏氟乙烯加入到3.8gn-甲基吡咯烷酮中配制成溶液，記為pvdf。

對(duì)比例2

稱取1g葡萄糖，在氬氣氣氛下以3℃min-1升溫至1500℃炭化4h得到葡萄糖碳，稱取80mg葡萄糖碳和10mg碳納米管，加入到研缽中進(jìn)行混合研磨5min，然后轉(zhuǎn)移到玻璃瓶中，再加入200mg對(duì)比例1制備的粘結(jié)劑pvdf攪拌12h得到均勻的漿料，之后使用涂布器將漿料涂布在銅箔集流體上，轉(zhuǎn)入鼓風(fēng)干燥箱中50℃干燥2h，再轉(zhuǎn)入真空干燥箱中100℃干燥12h，將干燥后的電極片裁剪成直徑為12mm的圓片，記為ep-pvdf。

實(shí)驗(yàn)例1

將實(shí)施例3制備的鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑涂布到玻璃板上，分別經(jīng)25℃真空干燥和100℃真空干燥24h后刮下，用粉碎機(jī)粉碎成粉末，記為sa/peo-1-25℃和sa/peo-1-100℃，采用傅里葉紅外光譜分析(測(cè)試參數(shù)：溴化鉀作對(duì)比樣、范圍600-4000cm-1、分辨率4cm-1、掃描64次)和x射線光電子能譜(xps)分析(測(cè)試參數(shù)：x射線源alkα、能量步長(zhǎng)0.100ev、掃描次數(shù)3次)，結(jié)果如圖1-3所示。

由圖1可知，粘結(jié)劑sa/peo-1的紅外光譜圖在1730cm-1處出現(xiàn)了一個(gè)新的酯基(o-c＝o)吸收峰。這證明了海藻酸鈉中的羧基(-cooh)和聚環(huán)氧乙烷(peo)中羥基(-oh)發(fā)生了酯化反應(yīng)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

由圖2和圖3可知，相比經(jīng)過真空25℃干燥的粘結(jié)劑，經(jīng)過真空100℃干燥的sa/peo-1粘結(jié)劑的xps的c1s譜圖在289.0ev處出現(xiàn)新的酯基(-coor)，進(jìn)一步證明sa和peo在真空100℃干燥過程中發(fā)生了酯化反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)例2

首先將葡萄糖炭和碳納米管進(jìn)行混合研磨，再分別加入到實(shí)施例1-3制備的粘結(jié)劑中，其中葡萄糖炭、碳納米管和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為8:1:1，然后進(jìn)行機(jī)械攪拌制備出均勻的漿料，然后使用涂布器分別將漿料涂布在16mm墊片上并轉(zhuǎn)入鼓風(fēng)干燥箱中50℃干燥2h，再轉(zhuǎn)入真空干燥箱中100℃干燥12h。分別記為gc-sa/peo、gc-cmc/peo和gc-sp/peo，然后采用納米壓痕儀器測(cè)試上述樣品的力學(xué)性能，測(cè)試過程中以恒應(yīng)變加載0.05s-1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-6所示。

由圖4可知，本發(fā)明制備粘結(jié)劑的壓痕力可達(dá)到8mn以上，實(shí)施例1制得cmc/peo粘結(jié)劑達(dá)到17mn以上，實(shí)施例3制得sa/peo-1粘結(jié)劑達(dá)到42mn以上，本發(fā)明制備的粘結(jié)劑可使電極具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度。主要是由于本發(fā)明粘結(jié)劑存在大量的羧基和羥基官能團(tuán)與活性顆粒表面的官能團(tuán)(羧基和羥基)形成氫鍵作用。

由圖5和圖6可知，本發(fā)明制備粘結(jié)劑的模量可達(dá)到5mpa以上，實(shí)施例1制備cmc/peo粘結(jié)劑的模量達(dá)到15gpa以上，實(shí)施3制備sa/peo-1粘結(jié)劑的模量達(dá)到25gpa以上，本發(fā)明制備粘結(jié)劑的硬度達(dá)到0.05gpa以上，實(shí)施例1和實(shí)施例3制備cmc/peo和sa/peo-1粘結(jié)劑的硬度達(dá)到0.45gpa以上，可使電極具有較強(qiáng)的力學(xué)性能，緩解充放電過程中由于活性顆粒體積膨脹收縮行為引起的活性顆粒與導(dǎo)電劑之間的導(dǎo)電接觸不良的問題，提高電極循環(huán)穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)例3

分別對(duì)實(shí)施例4和對(duì)比例2制備的電極片進(jìn)行sem和mapping表征分析，sem的測(cè)試條件：電壓為10kv、電流10μa，mapping的測(cè)試條件：電壓為5kv、電流7μa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7-10所示。

由圖7可知，葡萄糖炭的表面檢測(cè)出f元素，說明pvdf在葡萄糖炭的表面進(jìn)行了沉積。由圖8可知，pvdf以顆粒的形式附著在葡萄糖炭的表面，并不能以膜的形式均勻地覆蓋在葡萄糖炭的表面，不能有效地防止電解液與葡萄糖炭表面的接觸。因此不能抑制ep-pvdf電極的sei膜的形成，減少不可逆容量的損失，導(dǎo)致ep-pvdf電極的首次庫倫效率偏低。

由圖9可知，葡萄糖炭的表面檢測(cè)出na元素，說明sa/peo-1在葡萄糖炭的表面進(jìn)行了沉積。由圖10可知，sa/peo-1以薄膜的形式均勻地覆蓋在葡萄糖炭的表面，形成鈍化膜，可防止電解液接觸葡萄糖炭的表面。由于鈍化膜的形成，ep-sa/peo-1a電極可以抑制sei膜的形成，減少不可逆容量的損失，因此可獲得比ep-pvdf電極更高的首次庫倫效率。

實(shí)驗(yàn)例4

分別將實(shí)施例4-6制備的電極片ep-sa/peo-1a、ep-sa/peo-1b、ep-sa/peo-1c和對(duì)比例2制備的電極片ep-pvdf轉(zhuǎn)移到手套箱中，以鈉金屬片為對(duì)電極，制備的電極片為工作電極，以含有1mol/l六氟磷酸鈉的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯(體積比為1:1)溶液為電解液，以whatmanf玻璃纖維隔膜為隔膜組裝成紐扣式電池，記為ba-sa/peo-1a、ba-sa/peo-1b、ba-sa/peo-1c和ba-pvdf。將組裝好的紐扣式電池靜置24h后在藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)中進(jìn)行充放電測(cè)試，截止電壓為0.01-3.00v，電流密度為0.02ag-1、0.05ag-1、0.1ag-1、0.2ag-1和0.5ag-1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11。并在截止電壓為0.01-3.00v、電流密度為0.1ag-1的條件下，循環(huán)1000次后對(duì)電池進(jìn)行拆解，用掃描電鏡分析ep-sa/peo-1a和ep-pvdf，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12-13。

由圖11可知，在不同電流密度下，對(duì)ba-sa/peo-1a、ba-sa/peo-1b、ba-sa/peo-1c和ba-pvdf的倍率性能進(jìn)行了表征。ba-pvdf在0.02、0.05、0.10、0.20和0.50ag-1時(shí)可逆充電比容量分別為307.6、269.7、196.7、98.3和59.9mahg-1，ba-sa/peo-1a在0.02、0.05、0.10、0.20和0.50ag-1的可逆容量分別為336.5、308.5、275.8、193.0和75.9mahg-1，ba-sa/peo-1b在0.02、0.05、0.10、0.20和0.50ag-1的可逆容量分別為333.9、300.0、251.0、154.3和64.9mahg-1，ba-sa/peo-1c在0.02、0.05、0.10、0.20和0.50ag-1的可逆容量分別為232.5、225.8、205.8、154.3和60.4mahg-1。結(jié)果顯示，添加2wt％、10wt％和20wt％sa/peo-1粘結(jié)劑對(duì)于提升材料的電極倍率性能都有很好的效果。其中在相同粘結(jié)劑用量下，ba-sa/peo-1a相比ba-pvdf具有更高的可逆容量。

在100mag-1循環(huán)1000次后，對(duì)電池進(jìn)行拆解，用掃描電鏡對(duì)ep-sa/peo-1a和ep-pvdf長(zhǎng)循環(huán)后電極形貌進(jìn)行表征，如圖12和13所示。圖12顯示，經(jīng)過循環(huán)1000次后，ep-pvdf電極與cu集流體脫層，電極表面出現(xiàn)了大量裂紋。圖13顯示，經(jīng)過循環(huán)1000次后，ep-sa/peo-1a電極與集流體保持緊密連接，電極表面無裂紋。結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)的pvdf粘結(jié)劑，sa/peo-1作為粘結(jié)劑的電極在長(zhǎng)循環(huán)過程中可有效地保持完整。

以上所述，僅是本發(fā)明實(shí)施的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的修改、等同替換和改進(jìn)等，均需要包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，其特征在于，其包含鈉離子水溶性聚合物和聚環(huán)氧乙烷的混合物制備得到，其具有羧基和酯基形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，其特征在于，所述鈉離子水溶性聚合物和所述聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為1-9:1，優(yōu)選為5-9:1，進(jìn)一步優(yōu)選為7-9:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，其特征在于，所述鈉離子水溶性聚合物為海藻酸鈉，羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或兩種以上，優(yōu)選為海藻酸鈉。

4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑在鈉離子電池中的應(yīng)用。

5.一種鈉離子電池電極片，其特征在于，包含集流體和涂覆在所述集流體上的涂層，其中所述涂層包括活性材料、導(dǎo)電劑和權(quán)利要求1-3所述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述鈉離子電池電極片，其特征在于，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述涂層中鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑干物質(zhì)占所述電池電極片干物質(zhì)總質(zhì)量的2-20％，優(yōu)選為2-10％。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述鈉離子電池電極片，其特征在于，所述活性材料為碳基材料、合金材料、轉(zhuǎn)化材料、聚陰離子化合物、普魯士藍(lán)和有機(jī)類材料中的一種，優(yōu)選為碳基材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述鈉離子電池電極片，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為碳納米管、碳纖維、石墨烯、乙炔黑、superp和supers中的一種。

9.權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述鈉離子電池電極片的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：將所述鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑和活性材料混合得到漿料，將漿料涂覆在所述集流體上得到涂層，之后將涂層依次經(jīng)常壓干燥和真空干燥得到鈉離子電池電極片，其中真空干燥溫度為80-120℃，優(yōu)選為100℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述制備方法，其特征在于，所述常壓干燥溫度為40-60℃，優(yōu)選常壓干燥時(shí)間為1-3h，進(jìn)一步優(yōu)選真空干燥時(shí)間為8-16h。

11.一種鈉離子電池，其特征在于，包含正極、負(fù)極、電解液和隔膜，其中正極和/或負(fù)極為權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述鈉離子電池電極片或權(quán)利要求9或10所述制備方法制備得到的電極片。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池在0.02ag-1的電流密度下，可逆充電比容量為230-340mahg-1，優(yōu)選330-340mahg-1。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及鈉離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑及其應(yīng)用。本發(fā)明提供一種鈉離子電池用多功能水性粘結(jié)劑，包含鈉離子水溶性聚合物和聚環(huán)氧乙烷。本發(fā)明通過含鈉離子水溶性聚合物與聚環(huán)氧乙烷的酯化反應(yīng)構(gòu)造具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多功能水性粘結(jié)劑，具有較強(qiáng)力學(xué)性能，可以提高多功能水性粘結(jié)劑粘結(jié)性能，提升電極的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明的含鈉離子水溶性聚合物，可均勻地覆蓋在活性材料表面，形成一層鈍化膜，減少電池不可逆容量的損失，提高首次庫倫效率和倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：陸安慧;夏吉利;李文翠

受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.04.25

技術(shù)公布日：2021.07.30