[发明专利]锂离子电池用水性粘合剂及正负极片和涂覆隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用水性粘合剂及其制造方法和应用，属于锂离子电池等储能器件制造领域。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、充放电循环寿命长、自放电小等优点，广泛用于电动车辆、通讯设备、航天航空、便携式电器等领域，是目前最理想的储能电源。

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜以及非水电解质等组成；正、负电极由电活性材料、导电添加剂与粘合剂混合分散后制成均一浆料，然后涂布于作为集电体的铝箔、铜箔上，再经干燥、辊压等工艺制备而成；商品化的锂电池隔膜主要是聚烯烃类PE、PP微孔膜，为了改善聚烯烃隔膜的耐热性以及与电解液的亲和性较差的缺点，可以在聚烯烃隔膜的一侧或两侧表面涂覆含有粘合剂的填料颗粒涂层来制备涂覆隔膜。目前，锂离子电池电极材料和涂覆隔膜所用粘合剂主要有两大类，一是以含氟聚合物PVDF为代表的油溶性粘合剂；二是以LA系列和SBR为代表的水性粘合剂。

以含氟烯烃聚合物溶液为锂离子电池材料的粘合剂，在电极制作过程中存在溶剂的挥发，易对环境造成污染，并对操作人员的健康有较大的危害；另外，含氟聚合物本身价格昂贵，并且在使用过程中需要消耗大量溶剂，从而大大增加了锂离子电池的制造成本。

SBR水性粘合剂以水作为分散介质，对环境友好，极片加工性能好。但SBR水性粘合剂由于其材料组份化学特性的限制，一般只能作为锂离子电池负极粉体材料的粘合剂，并且使用SBR水性粘合剂作为负极粘合剂制造的锂离子电池，低温放电性能表现较差。

LA系列水性粘合剂(ZL01108511.8，ZL01108524.X)为成都茵地乐电源科技有限公司开发的聚丙烯酸类无皂共聚水乳液水分散胶乳，可作为锂离子电池正负极粉体材料以及涂覆隔膜的粘合剂，用它制作的锂离子电池具有优良的电池性能。LA系列水性粘合剂的链结构主体为高极性的聚丙烯酸类无皂共聚水乳液结构，玻璃化转变温度(Tg)高，使用其制备电极片时，烘干过程中随着水分的挥发，电极片脆性增加，容易发生卷曲，开裂，折断。为了克服电极片的脆性，使用LA系列水性粘合剂涂布极片时要求低温慢速烘干，以确保极片保持一定的含水率，提高极片的可操作性。因此，使用LA系列水性粘合剂制备电极片无法实现高温快速干燥，从而影响极片涂布的生产效率。

基于目前锂离子电池用粘合剂水性化的发展趋势以及前述LA系列水性粘合剂存在的缺点，我们有必要在现有水性粘合剂的基础上进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于：针对LA系列水性粘合剂存在的缺点，制备一种新型的水性粘合剂，适用于锂离子电池聚烯烃隔膜的改性涂覆以及电极片的高温快速涂布，以提高锂离子电池的性能和生产效率。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种锂离子电池用水性粘合剂，其组分包括：丙烯酸类无皂共聚水乳液和改性剂，且丙烯酸类无皂共聚水乳液固量和改性剂的重量比为100︰5～50；其中，改性剂选自以下化合物中的至少一种：

结构式为NR⁷R⁸CH₂CH₂CN的化合物，其中，R⁷＝-H、-CH₃、-CH₂CH₃、-COH、-COCH₃、-COCH₂CH₃、-COCH₂CH₂CH₃、-COCH(CH₃)₂、-CO-(CH₂)₃-CH₃、-COCH₂CH(CH₃)₂、-CO-(CH₂)₄-CH₃或-CH₂CH₂CN；R⁸＝-CH₃、-CH₂CH₃、-CH₂CH₂CN；或