[发明专利]一种基于水性聚氨酯粘结剂的锂离子电池正极浆料

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于水性聚氨酯粘结剂的锂离子电池正极浆料的制备方法。

背景技术

能源和资源成为一个世界性的问题，直接关系到人类社会的发展、稳定和国结家的安全。锂离子电池作为新型的清洁电源，具有比能量密度大、工作电压高、循环寿命长和无记忆效应等多方面的优点，在电子产品和通讯工具领域得到了广泛的应用。目前对锂离子电池的报道主要集中在正/负极材料以及电解液等方面，对于辅助性成分粘结剂较少。在电极中，粘结剂的主要作用在于粘结和保持活性物质，同时增强电极活性材料与导电剂的接触以及将活性材料粘结在集流体上，以更好地稳定极片的结构。另一方面，对于在充放电过程中体积会膨胀、收缩的电池正负极材料来说，合适的粘结剂还能对此起到一定的缓冲作用，维持电极结构的稳定性。因此,选择一种合适的粘结剂对于锂离子电池非常重要。现有锂离子电池粘结剂以PVDF最为常用。但是，PVDF的使用需要大量有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等，污染较大。并且，油系粘结剂粘结牢度差，抗疲劳强度小，柔韧度较差，导致辊压过的极片在分切和转序过程中存在极片边缘脱粉现象，造成电芯卷绕短路率以及后续微短路率大幅度上升；而油性粘结剂用量的增大虽然可以提高粘结性，但是会导致浆料中磷酸铁锂活性物质含量少，造成同种电池容量小或是同容量电池体积大。水性聚氨酯具有无污染，粘结强度大，韧性好等优点，可用作锂离子电池的粘结剂。一种锂离子电池用水性聚氨酯粘结剂，公开了该粘结剂的分散剂至少有一个能够分解成阳离子或阴离子的基团，这样得到的水性聚氨酯是离子型，当遇到正极磷酸铁锂等无机盐时会破乳，造成正极浆料不稳定，并且该粘结剂需该要经过氮吡啶，噁唑啉等交联剂来硬化已达到增加弹性的目的，而在正极材料中粘结剂组分的含量较小，反应程度低，并且氮吡啶，噁唑啉毒性较大。双键交联的聚氨酯粘合剂，公开了粘结剂中包含至少一个双键的聚氨酯化合物，使用前还需要通过交联剂或者水溶性引发剂进一步聚合方可使用，较为繁琐。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明以水性聚氨酯为正极粘结剂，以水为稀释剂进行正极浆料配料，提供一种水性聚氨酯基锂离子电池粘结剂的制备方法。

一种基于水性聚氨酯粘结剂的锂离子电池正极浆料由下列质量百分比的物质机械搅拌混合均匀组成：磷酸铁锂47.1～60％、导电剂5.9～7.5％、水性聚氨酯粘结剂11.8～30.3％、去离子水13.7～35.2％；

所述磷酸铁锂为橄榄石结构的磷酸铁锂粉；

所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑中的一种或两种的组合；

所述水性聚氨酯粘结剂的乳液粘度为30～230mPa·s，固含量为20～50%，水性聚氨酯粘结剂的胶膜断裂伸长率为713～1150%，拉伸强度为6.5～20.9MPa。

制备水性聚氨酯粘结剂的具体操作步骤如下：

（1）将60.1～60.3g的大分子二元醇、33.1～33.3g的二异氰酸酯和21.5～21.75g的侧链型非离子亲水单体混合均匀，升温至80～100℃反应2～4h，降温至30～60℃；

（2）加入5.5～5.6g的扩链剂和30ml的丙酮，加入0.1～0.5g的催化剂，在60～80℃反应3～6h，降温至30～50℃，

（3）加入127～507g的水高速分散乳化，加入6.2～6.4g的二元胺扩链剂得到水性聚氨酯乳液，减压蒸馏除去丙酮，获得水性聚氨酯粘结剂。

所述大分子二元醇为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、二聚酸聚酯二元醇中的一种，其数均分子量优选2000。

所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。

所述侧链型非离子亲水单体为侧链型聚乙二醇，数均分子量优选1000。

所述扩链剂为1,4-丁二醇。

所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸正丁基锡中的一种或二者的组合。

所述二元胺扩链剂为异佛尔酮二胺。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明提供的水性聚氨酯基锂离子电池粘结剂，完全以水为溶剂，摒弃了VOC对环境的污染，环保性好；

2.本发明提供的水性聚氨酯基锂离子电池粘结剂柔顺性好，粘结性能好；胶膜断裂伸长率可达713～1150%，拉伸强度可达6.5～20.9MPa，可以更好地稳定正极极片；

3.采用本发明制备的正极极片无脱粉、掉料等不良现象出现；