CN101760154A - 超级电容器电极浆料用粘结剂 - Google Patents

超级电容器电极浆料用粘结剂 Download PDF

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佘沛亮
凌付冬
黎彬兴
许谦
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Abstract

本发明公开了一种超级电容器电极浆料用粘结剂，涉及电容器电极浆料制备。该粘结剂由至少一种低分子量粘结剂与至少一种高分子量粘结剂组合而成，前者分子量小于4万，后者分子量不低于4万。所述低分子量粘结剂在粘结剂总量中的重量百分比为10～50％，优选20～30％。本发明采用两种或两种以上不同分子量的粘结剂取代传统的单一分子量粘结剂，既有利于提高流动性和润湿，又有利于提高粘结强度，两者合理组合，用于制备电极浆料，能有效提高涂布后的电极极片的附着力、粘结强度、柔韧性和压实密度，从而提高超级电容器的容量和循环性能。

Description

超级电容器电极浆料用粘结剂
技术领域
本发明涉及超级电容器电极浆料的制备，特别是一种电极浆料用粘结剂的组成。
背景技术
在超级电容器的生产制备中，极片的制作方法通常是将活性物质、粘结剂以及导电剂、溶剂等混合匀浆后涂布于集流体上。超级电容器活性物质主要是活性炭材料，由于活性炭颗粒小、具有超大的比表面积、低振实密度，使得其与集流体的粘结效果较差。通常的解决办法是增加粘结剂的用量。而传统的粘结剂是单一分子量的粘结剂，是一种链状结构的高分子聚合物，分子量的大小直接反映了链的长短。分子量大，则分子链会相对较长或分子支链相对较多；分子量小，则分子链会相对较短或分子支链相对较少。聚合物高分子粘结剂分散在浆料中以后，在涂布时聚合物的分子链和分子支链在极片当中起到主要的粘结作用。粘结剂的分子量和分布显著影响粘结剂的粘结效果。低分子量的粘结剂结晶度高，可以降低本体粘度，有利于流动性和润湿，从而提高界面粘合力，但分子量低时，粘结剂内聚强度较差，剥离时易发生内聚破坏。高分子量粘结剂内聚强度较大，有利于提高粘结强度，但较大的分子量的粘结剂结晶度不高，会造成粘度增大，阻滞润湿和分散。目前使用的单一分子量粘结剂综合性能不好。如果增加粘结剂在电极浆料中的含量，反过来会降低电极的加工性能，增加电容器制作的控制难度，同时增加粘结剂含量，势必降低活性物质含量，影响超级电容器的容量。因此，寻求具有合适分子量分布及组合的粘结剂对电极浆料的制备至关重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有单一分子量粘结剂的不足之处，提供一种粘结附着力高，润湿和分散性好的粘结剂，由该粘结剂制备的电极浆料综合性能好，进而使制作的超级电容器电极极片的粘结强度、柔韧性、压实密度得以提高。
本发明的技术方案是：超级电容器电极浆料用粘结剂，采用高分子聚合物材料，其改进之处是该粘结剂由至少一种低分子量粘结剂与至少一种高分子量粘结剂组合而成，所述低分子量粘结剂的分子量为小于400000，高分子量粘结剂的分子量大于或等于400000。
进一步的方案是：所述低分子量粘结剂在粘结剂总量中的重量百分比含量为10％～50％；优选低分子量粘结剂在粘结剂总量中的重量百分比含量为20％～30％；所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量聚偏氟乙烯和至少一种高分子量聚偏氟乙烯的组合；所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量聚氧化乙烯和至少一种高分子量聚氧化乙烯的组合；所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量聚四氟乙烯和至少一种高分子量聚四氟乙烯的组合；所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量改性聚氧化乙烯和至少一种高分子量改性阿拉伯胶的组合。
本发明通过在电极均浆时匹配使用两种或两种以上不同分子量大小的粘结剂取代传统方法中的单一粘结剂，其中低分子量粘结剂结晶度高，有利于流动性和润湿，高分子量粘结剂内聚力大，有利于提高粘结强度，两者合理组合，制作电极浆料，有效提高了涂布后的电极极片的附着力、粘结强度，提高极片的柔韧性，使极片不易开裂、掉粉，并有效提高压实密度，从而可有效提高超级电容器的容量和循环性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例一：
在进行活性炭电极浆料的均浆时，选取分子量分别为350000和700000的两种聚偏氟乙烯PVDF(A)，PVDF(B)作为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂。两种粘结剂同时加入溶剂中搅拌溶解制胶后与粉料混合均浆并涂布在集流体上制备电极极片。测试不同重量百分比含量PVDF所得极片的粘结强度和最大压实密度如表1所示。
表1：两种不同分子量聚偏氟乙烯粘结剂制浆时测试结果
Figure G2009102124807D00031
可见当低分子量粘结剂A在粘结剂总量中重量百分比不超过50％时极片的粘结效果和可加工性能更佳，特别是低分子量粘结剂A和高分子量粘结剂B的重量比为20％∶80％时，极片的粘结效果和可加工性能最佳，且极片的柔韧性比单一分子量时明显改善。
实施例二；
在进行活性炭电极浆料的均浆时，选取聚氧化乙烯PEO做粘结剂，水做溶剂，参比试验取400000单分子量的聚氧化乙烯，目标试验取分子量分别为100000和400000且重量百分比为30％∶70％的聚氧化乙烯PEO(A)，PEO(B)，并且参比试验与目标试验中所用粘结剂的总量相等。将粘结剂加入溶剂中搅拌溶解制胶后与电极材料、导电剂等粉料混合均浆并涂布在集流体上制备电极极片。极片的粘结强度和循环性能测试如表2所示。
表2：极片的粘结强度和循环性能测试
Figure G2009102124807D00032
实施例三：
在进行活性炭电极浆料的均浆时，选取聚四氟乙烯(PTFE)做粘结剂，水做溶剂，参比试验取1100000单分子量的PTFE，目标试验取分子量分别为300000和1100000且重量百分比为30％∶70％的PTFE(A)，PTFE(B)，并且参比试验与目标试验中所用粘结剂的总量相等。将粘结剂与活性材料、导电剂等粉料进行干粉混合，再将溶剂加入干粉中捏合、切片、并将膜片压制于集流体上制备电极极片。极片的粘结强度和循环性能测试如表3所示。
表3：一种分子量与两种分子量的聚四氟乙烯试验结果对比
Figure G2009102124807D00041
实施例四：
在进行活性炭电极浆料的均浆时，目标试验选取分子量分别为350000，500000，750000且重量百分比为20％∶30％∶50％的三种聚偏氟乙烯PVDF(A)，PVDF(B)，PVDF(C)作为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂。参比试验选取750000单一分子量的聚偏氟乙烯PVDF(C)作粘结剂。目标试验与参比试验中所用粘结剂的总量相等。将粘结剂加入溶剂中搅拌溶解制胶后与电极材料、导电剂等粉料混合均浆并涂布在集流体上制备电极极片。
当使用750000单一分子量的PVDF(C)粘结剂时，涂布面密度达到或者超过9.4mg/cm2时，极片分切边缘和折痕区掉粉，粘结效果较差；而使用三种不同分子量的粘结剂匹配使用时，面密度为12.3mg/cm2，13.2mg/cm2，13.5mg/cm2，13.8mg/cm2时，粘结效果均良好。具体测试数据如表4所示。
表4：一种分子量与三种分子量的聚偏氟乙烯试验对比
Figure G2009102124807D00051
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构想的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超级电容器电极浆料用粘结剂，采用高分子聚合物材料，其特征是该粘结剂由至少一种低分子量粘结剂与至少一种高分子量粘结剂组合而成，所述低分子量粘结剂的分子量为小于400000，高分子量粘结剂的分子量大于或等于400000。
2.按权利要求1所述超级电容器电极浆料用粘结剂，其特征是：所述低分子量粘结剂在粘结剂总量中的重量百分比含量为10％～50％。
3.按权利要求2所述超级电容器电极浆料用粘结剂，其特征是：所述低分子量粘结剂在粘结剂总量中的重量百分比含量为20％～30％。
4.按权利要求1所述超级电容器电极浆料用粘结剂，其特征是：所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量聚偏氟乙烯和至少一种高分子量聚偏氟乙烯的组合。
5.按权利要求1所述超级电容器电极浆料用粘结剂，其特征是：所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量聚氧化乙烯和至少一种高分子量聚氧化乙烯的组合。
6.按权利要求1所述超级电容器电极浆料用粘结剂，其特征是：所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量聚四氟乙烯和至少一种高分子量聚四氟乙烯的组合。
7.按权利要求1所述超级电容器电极浆料用粘结剂，其特征是：所述高分子聚合物材料为至少一种低分子量改性聚氧化乙烯和至少一种高分子量改性阿拉伯胶的组合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN113013412A (zh) * 2021-02-25 2021-06-22 昆山宝创新能源科技有限公司 负极浆料、负极片和锂离子电池
WO2024045554A1 (zh) * 2022-08-30 2024-03-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 粘结剂、制备方法、正极极片、二次电池及用电装置
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