[发明专利]一种用于锂离子电池的粘结剂

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种用于锂离子电池的粘结剂。

背景技术

锂离子电池是目前研究最广泛、最深入的能量存储装置之一，因其具有高容量密度、循环寿命高、绿色环保、使用温度范围宽及安全性能高等优点，被广泛的应用到智能手机、平板电脑、电动汽车等领域。而锂离子电池的电极片性能是决定锂离子电池性能的关键因素之一，其主要由电极活性材料、导电剂、粘结剂及金属集流体(铜箔或铝箔等)组成；其中粘结剂用于粘结电极活性材料和导电剂颗粒，同时将它们粘结在金属集流体表面。因此粘结剂力学性能的优劣与电池的循环寿命密切相关，如果力学性能不佳，容易引起电极片在电化学循环过程中粉化，导致电极材料从集流体表面脱落，失去电化学储能性能。此外，当粘结剂的电化学稳定性不好时，在电极电化学过程中粘结剂的一些功能基团可与锂离子发生不可逆的化学反应，从而导致电池的可逆容量下降。

目前锂离子电池最常用的粘结剂主要有聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)等。PVDF粘结剂是工艺技术上较为成熟的一种粘结剂，具有较好的粘结性能，但是使用这种粘结剂制备电极片需要消耗大量的较高沸点的N-甲基吡咯烷酮(NMP)有机溶剂，成本高，环境污染大，而且PVDF粘结剂在一些常用的电解液中容易溶胀，导致电极稳定性下降。CMC和SBR粘结剂通常配合使用，这类粘结剂常以水为溶剂，成本低、环境友好、应用广泛，但该类粘结剂力学性能不好，导电性能差。特别地，对于一些在充放电循环过程中具有显著体积变化的高容量电极材料(如硅，二氧化锡负极等)，这些常用的粘结剂是无法满足实际需要的。因此寻找一种力学性能好、稳定性好的新型粘结剂是提升锂离子电池性能的一个非常有效手段，同时又可以满足人们对高容量锂离子电池的需要。

通过检索文献发现，在《德国应用化学》的一篇为“一种高交联聚合物粘结剂用于高性能锂离子电池硅负极”(A Highly Cross-Linked Polymeric Binder for High-Performance Silicon Negative Electrodes in Lithium Ion Batteries,Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,8762-8767)报道了一种聚丙烯酸交联羧甲基纤维素的硅负极用的粘结剂，这种粘结剂是由丙烯酸与羧甲基纤维素中的羟基发生交联反应形成一种具有三维空间结构的共聚物。但是用这种粘结剂制备的锂离子电池经过100次充放电循环后，电池容量衰减大于20％，而且制备这种粘结剂需要在较高温度(150℃)下完成交联反应。另外一篇中国专利(CN201110030628.2)披露了一种用金属离子或有机铵盐交联聚电解质的粘结剂；一篇中国专利(CN201410587080.5)披露了一种用多烯类交联剂交联的聚丙烯酸酯类水性粘结剂。这两类交联型的粘结剂都是在交联反应完成后再与电极活性材料混合，易导致电极活性材料与粘结剂混合不均匀。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种聚丙烯酸钠共价接枝的羧甲基纤维素钠共聚物，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的第二目的是提供一种聚丙烯酸钠共价接枝的羧甲基纤维素钠共聚物的制备方法，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的第三目的是提供一种含上述的聚丙烯酸钠共价接枝的羧甲基纤维素钠共聚物的粘结剂，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的第四目的是提供一种利用上述粘结剂制作的电极片，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的第五目的是提供一种利用上述电极片的制作方法，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的第六目的是提供一种利用上述电极片制作的电化学装置，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种聚丙烯酸钠共价接枝的羧甲基纤维素钠共聚物，其特征在于，用于锂离子电池，其结构式为：

其中，R＝H，CH₃或C₂H₅；所述共聚物采用以下方法制备得到：在引发剂存在下，使丙烯酸单体接枝在羧甲基纤维素钠上并形成聚丙烯酸支链，之后通过调节pH值至3-9，使聚丙烯酸中的一部分羧基转化为盐；其中，所述的丙烯酸单体与羧甲基纤维素钠的质量比为1:4～4:1，所述引发剂与羧甲基纤维素钠的质量比为0.01:1～0.5:1。

本发明还公开了一种上述的聚丙烯酸钠共价接枝的羧甲基纤维素钠共聚物的制备方法，包括以下步骤：