[发明专利]一种水性无机胶及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于电极浆料领域，具体是一种水性无机胶及其制备方法与应用。

背景技术

一般而言，大多数水性体系的电池，尤其是涂膏式电极（在导电基体上涂覆活性物质，并且涂覆时活性物质以及其它组分的混合物呈现湿润的状态，如凝胶状、有流动性的湿浆、半湿润的固体混合物等），为增加活性物质分布的均一性，混合物的稳定性以及可涂覆的均匀性等，通常都会添加一些增稠剂、悬浮剂、乳化剂、絮凝剂、胶体保护剂、流体改性剂、粘结剂等，为叙述方便，本文中暂时将实现这些功能的物质，统称为水性有机高分子胶体，常见的有纤维素类如CMC、HPMC、HEC、MC等，多糖类如黄原胶、阿拉伯树胶、瓜尔胶等，高分子聚合物如聚丙烯酸钠、聚乙烯醇等，此类物质结构特点均为含有大量羟基、羧基的高分子物质，能与水分子形成较多的氢键，并依靠较高的分子量，造成明显的范德华力影响，使得胶体粘度很高，低浓度时为较稳定的水溶性胶体，高浓度或高温等条件下为水凝胶。此类物质的使用一般会存在如下问题：用量过少则混合体系不足以抗逆重力筛分而分层，用量过多则粘度过大造成流平或者刮平困难，并且此类物质较强的亲水性对水性电解液的束缚造成电池诸如阻抗、倍率、平台变差，此类大分子物质成分的复杂性、稳定性往往会带来电池电压、荷电、寿命等性能下降或一致性变差。

作为水性体系的电池，往往都面临抑制水电解的问题，需要加入一些析氢或析氧抑制剂，除此之外，为了改善电极诸如电压平台、充放电效率、循环衰减、自放电、倍率、腐蚀等性能，也需要加入形形色色的添加剂。这类添加剂通常为金属或金属化合物，比较常见的是过渡金属元素、稀土元素的氧化物、氢氧化物或羟基氧化物。这类添加剂往往都是难溶于水或者难溶于电解液的物质，除了制备活性物质时就以形成固溶体或者共溶体的方式加入能相对均一以外，诸如将活性物质、添加剂、各种助剂等机械混合方式，因为这些添加剂为固体粉末或小颗粒的形态，难以将添加剂均匀的分散于活性物质中。为了实现添加均匀，往往采用极细粒度的添加剂，但又带来团聚再分散困难、极细粒度（如纳米级）物质生产成本高昂的问题。另一方面，粒度较粗的添加剂往往利用率低，为确保足够的效果，只能增大添加剂使用量，对于较昂贵的添加剂，愈发加剧了添加剂成本压力，另一方面，这类添加剂往往都是导电性差的物质，较大的粒度以及较多的添加量，将带来电极阻抗上升的负面影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种水性无机胶，其兼具电极体系中添加的水性有机高分子胶体和金属化合物类添加剂的双重功效，换言之，使金属化合物类添加剂水性无机胶化后同时具备了水性有机高分子胶体的部分功能，从而可以降低或避免水性有机高分子胶体的使用。

本发明的另一目的是提供该水性无机胶的制备方法。

本发明的另一目的是提供该水性无机胶的应用。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

一种水性无机胶，由是不溶性或难溶性的固相分散质与液相分散剂形成的均一、稳定的介于溶液和沉淀之间的固液两相分散体系。

进一步地，水性无机胶由不溶于水或难溶于水的金属化合物分散于水中而形成。

这些金属化合物在水中不会发生反应或者能与水相对稳定共存，作为添加剂而言，金属元素主要是除第I、II主族外的金属元素以及第II主族中的的Be、Mg、Ca元素，在实际水性电池中应用的常见添加剂，优选Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、La、Ce、Sm、Er、Tm、Yb、Hg、Tl、Pb、Bi等元素的氧化物或氢氧化物，以及金属元素Be、Mg、Al、Ca、Ti、V、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、La、Ce、Sm、Er、Tm、Yb、Hg、Tl、Pb、Bi等的卤化物、硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、锌酸盐、钴酸盐、铁酸盐、含磷化合物、含硼化合物、含烷氧基化合物、含羧基化合物，以及过渡金属元素的络合物。

更优选的添加剂包含Mg、Al、Ca、Ti、V、Co、Zn、Y、Zr、Cd、In、Sn、La、Ce、Er、Yb、Pb、Bi等元素的氧化物或氢氧化物；以及镍、钴、铁、钛、锌等过渡金属的络合物，尤其是含有羟基或含氮的络合物。广义上讲，含O、N、F等电负性较强的、容易与水分子形成氢键或者与水分子有较强的亲和力的金属化合物，并且这些化合物不溶于水或难溶于水，则就有可能制备出含有这些金属元素的水性无机胶。