[发明专利]超分散纳米复合导电粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种制备超分散纳米复合导电粘结剂的方法，其包括如下步骤：(1)将聚合物粘结剂、溶剂和低维导电剂充分混合，得到悬浮液；(2)当所述聚合物粘结剂溶于溶剂时，将所述悬浮液中的溶剂完全去除，得到粉末状超分散纳米复合导电粘结剂；当所述聚合物粘结剂不溶于溶剂时，将所述悬浮液中的溶剂去除50％‑100％，得到粉末状或非牛顿流体态的超分散纳米复合导电粘结剂。本发明还提供一种通过本发明的方法制备的超分散纳米复合导电粘结剂。本发明还提供一种正极。本发明还提供一种负极。本发明还提供一种制备本发明正极的方法。本发明还提供一种制备本发明负极的方法。本发明的复合导电粘结剂在用于干法电极时，能够改善离子储能器件的电化学性能。

技术领域

本发明属于离子储能器件领域。具体地，本发明涉及一种超分散纳米复合导电粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前能源紧缺、气候变化和环境污染等问题日益突出，使用清洁能源替代传统能源愈发重要。相关的绿色化学储能和能量转换液逐渐成为能源和环境领域的研究热点，并催生出了一系列产业链，且在能源、环境和国民经济等方面发挥着不可替代的作用。

目前，尽管离子储能器件商业化取得了成功，但作为离子储能器件的重要指标如能量密度、倍率性能和循环性能，仍面临挑战。在离子储能器件中，电极的面容量、非活性材料占比、活性材料电压和比容量对于能量密度起着决定作用。目前，相关研究工作主要集中在了电极活性物质的合成和修饰上，而对电极中的导电剂、粘结剂和电极结构的关注较少。然而，导电剂和粘结剂直接影响了活性物质含量和电极结构以及电极电导率，对储能器件的能量密度、循环性能和倍率性能有着不可忽视的影响。

另外，传统的涂布方法制作电极，需要添加大量的导电剂和粘结剂，制备工艺复杂且面容量较低，并且需要使用集流体，如此增加了生产成本，而且得到的电极片活性材料占比低，粘结剂和导电剂分布往往不够均匀。此外，过多的粘结剂也增加了电极阻抗，限制了电极的性能。

这些问题限制了离子储能器件能量密度的提升，增加了生产成本。因此，对电极相关导电剂和粘结剂的研究开发和电极制备技术改良显得十分重要。目前，进行导电剂和粘结剂复合和干法制备电极是解决上述问题的可能的方向，研究人员进行了相关的研究和技术改进。

专利CN109755579B公开了一种锂离子电池用正极复合导电粘结剂的制备方法，该复合导电粘结剂包括聚偏二氟乙烯基体、导电聚合物和羧基化的碳纳米管，其中导电聚合物具有一定比容量，可以轻微提升电极容量。但此方法使用了复杂的催化反应的方法，所得复合导电粘结剂分散性差，需要后续粉碎工艺，且仅限于涂布法正极使用。此外，该复合导电粘结剂制备方法复杂，成本高，难以应用于实际生产。

专利CN111129499A公开了一种锂电池用水性导电粘结剂及其制备方法，该水性导电粘结剂包括含分散剂、辅助导电剂和导电聚合物。该水性导电粘结剂生产工艺较为简单，且同时将导电剂和粘结剂合二为一，但该水性导电粘结剂只适用于对水非敏感的活性材料体系的涂布电极，局限性较大。

专利CN111436199A公开了一种用于具有改善性能的能量存储装置的组合物和方法。该方法与其他干法制备电极技术相似，将活性材料、导电剂和粘结剂分别加入进行混合，需要加入较多的导电剂和粘结剂，并且所获得电极面容量不高，相对于涂布电极提升有限。

专利CN110563904A公开了一种聚合物包覆碳纳米管复合材料、制备方法和应用。首先，通过席夫碱反应，将含有醛基官能团的单体与氨基化的碳纳米管反应。其次，加入适当摩尔量的含氨基官能团的单体，通过化学反应和氢键作用力制备高分子聚合物包覆碳纳米管的复合材料。一方面，该专利的方法需要复杂的反应；另一方面，该专利的制备方法得到的产品是聚合物包覆碳纳米管，这容易导致碳纳米管和聚合物团聚。

目前，急需一种能够适应干法电极的复合导电粘结剂，该复合导电粘结剂在用于离子储能器件干法电极制备时，只需要非常少的用量，并且能够改善离子储能器件的面容量、能量密度、循环性能以及倍率性能。

发明内容