一种粘结剂及使用该粘结剂水系钠离子电池极片制备方法与流程

本发明涉及二次储能电池领域，具体涉及一种ptee乳液粘结剂及使用该粘结剂的水系钠离子电池极片的制备方法。

背景技术：

1、当前的电极制备过程，是通过将活性物质、导电剂、粘结剂通过一定工艺进行混合、成型，制成极片。其中粘结剂是重要的辅材，虽然不贡献容量，占比也不高，却是维持电极成型并保证力学性能的重要组成部分。当前主流的粘结剂有聚偏氟乙烯(pvdf)、丁苯橡胶(sbr)、羧甲基纤维素(cmc)和聚四氟乙烯(ptfe)。

2、pvdf是广泛应用于锂离子电池的粘结剂，粘结力强，能够耐电化学腐蚀。但在电极制备过程中需要使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，nmp使用成本较高，且对环境存在污染。sbr和cmc粘结剂常用于以水为溶剂的制备体系中，仍然遵循“合浆——涂布——辊压”的工艺路线。ptfe作为粘结剂，能够通过纤维化形成交联的网状结构，使极片形成具有柔性自支撑结构的整体，但是现有技术使用ptfe作为粘结剂时，其制备极片机械强度较低，同时ptfe乳液含有的乳化剂对电池的电化学性能有负面影响，降低了循环寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种ptee乳液粘结剂，通过选型优化，在相同用量下提升了极片机械性能，从而降低了活性物质在充放电过程中体积效应的影响，对乳化剂选型和对应工艺进行了优化，从而降低了乳化剂对电池的负面影响，两者综合使电池循环稳定性得到提高。

2、本发明的另外一个目的是提供一种水系钠离子电池极片的制备方法，使用上述ptee乳液粘结剂制成的多孔自支撑体厚电极极片可以在保证强度不变的情况下降低粘结剂的用量，从而提高活性物质的比例，提高电池能量密度。

3、实现上述目的一种技术方案是：一种ptee乳液粘结剂，是四氟乙烯聚合后在乳化剂存在下的分散浓缩液，其特征在于，所述ptee乳液粘结剂中ptee平均均分子量为100～500万，所述乳化剂采用烷基醚类、烷基硫酸盐类和季铵盐类乳化剂中的一种。

4、上述的一种ptee乳液粘结剂，其中，所述ptee乳液粘结剂中ptee平均分子量为200～300万。

5、本发明还提供了一种水系钠离子电池极片的制备方法，使用上述的ptee乳液粘结剂制备水系钠离子电池极片，包括以下步骤：

6、s1，以活性物质和碳材料导电剂为原料粉体，在高速混料机中混合均匀，加入乙醇水混合溶剂，进行高速剪切搅拌，得到固形物质量含量为40～65％的流质膏状浆料；

7、s2，在步骤s1得到的流质膏状浆料中加入上述的ptfe乳液粘结剂，搅拌得到均匀的胶团；

8、s3，将步骤s2得到的胶团通过辊压的形式得到连续自支撑体的电极素坯膜片；

9、s4，将步骤s3得到的电极素坯膜片放置在95～150℃烘箱中进行干燥，干燥后的电极素坯膜片再次通过辊压修整和裁切，最终得到柔性多孔自支撑厚电极极片。

10、上述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，所述ptee乳液粘结剂中的乳化剂在水系钠离子电池极片中的相对百分含量为0～0.05wt‰。

11、上述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，其中，步骤s1的流质膏状浆料中固形物质量含量为45～55％。

12、上述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，步骤s1中，所述乙醇水混合溶剂中乙醇的质量含量为0～80％。

13、上述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，步骤s1中，所述乙醇水混合溶剂中乙醇的质量含量为30～50％。

14、上述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，步骤s4中，所述烘箱的温度为95～150℃。

15、上述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，步骤s4得到的柔性多孔自支撑厚电极极片的拉伸强度为0.015～0.200mpa，硬度为60～90ha，孔隙率为20～60％，拉伸断裂伸长率为5～60％。

16、采用本发明的ptee乳液粘结剂及水系钠离子电池极片的制备方法的技术方案，通过优化所使用的ptfe乳液粘结剂，提高了柔性多孔自支撑厚电极极片的机械性能与拉伸强度，通过优化烘干工艺流程与所使用的乳化剂类型，抑制电化学过程中的副反应，提高循环寿命。

技术特征：

1.一种ptee乳液粘结剂，是四氟乙烯聚合后在乳化剂存在下的分散浓缩液，其特征在于，所述ptee乳液粘结剂中ptee平均分子量为100～500万，所述乳化剂采用烷基醚类、烷基硫酸盐类和季铵盐类乳化剂中的一种，乳化剂在水系钠离子电池极片中的相对百分含量为0～0.05wt‰。

2.如权利要求1所述的一种ptee乳液粘结剂，其特征在于，所述ptee乳液粘结剂中ptee平均分子量为200～300万。

3.一种水系钠离子电池极片的制备方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的ptee乳液粘结剂制备水系钠离子电池极片，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述ptee乳液粘结剂中的乳化剂在水系钠离子电池极片中的相对百分含量为0～0.05wt‰。

5.如权利要求3所述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤s1的流质膏状浆料中固形物质量含量为45～55％。

6.如权利要求3所述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述乙醇水混合溶剂中乙醇的质量含量为0～80％。

7.如权利要求6所述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述乙醇水混合溶剂中乙醇的质量含量为30～50％。

8.如权利要求3所述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述烘箱的温度为95～150℃。

9.如权利要求3所述的一种水系钠离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤s4得到的柔性多孔自支撑厚电极极片的拉伸强度为0.015～0.200mpa，硬度为60～90ha，孔隙率为20～60％，拉伸断裂伸长率为5～60％。

技术总结
本发明公开了一种PTEE乳液粘结剂，是四氟乙烯聚合后在乳化剂存在下的分散浓缩液，其特征在于，所述PTEE乳液粘结剂中PTEE平均分子量为100～500万，所述乳化剂采用烷基醚类、烷基硫酸盐类和季铵盐类乳化剂中的一种，通过对PTFE乳液粘结剂进行优选，对工艺路线进行优化，能够提升极片的拉伸强度与机械性能。本发明还公开了使用上述PTEE乳液粘结剂的水系钠离子电池极片的制备方法，制成的多孔自支撑体厚电极极片可以在保证强度不变的情况下降低粘结剂的用量，从而提高活性物质的比例，提高电池能量密度。

技术研发人员：鲍宇杨,侯肖瑞
受保护的技术使用者：贲安能源科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7