[发明专利]一种锂离子二次电池负极用粘结剂的组成及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子二次电池负极用粘结剂的组成及其制备方法，该粘结剂为聚合物微粒子乳液粘结剂，具体为分散型聚合物微粒子乳液，乳液分散体为聚合物微粒子，分散介质为水，分散体聚合物微粒子为玻璃化转变温度为‑50～50℃、由包括含共轭二烯的单体、含芳族乙烯基的单体及含环氧基团的不饱和单体共聚而成的聚合物，聚合物微粒子乳液粘结剂的粒径为50～300nm，凝胶含量为20‑90％，pH值为4.0‑7.0。该粘结剂可用于制作锂离子二次电池的负极，作用是粘结电极活性材料、导电剂和集流体。

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池负极用粘结剂的组成及其制备方法，该粘结剂为聚合物微粒子乳液粘结剂。

背景技术

锂离子二次电池一般由正极、负极、隔膜和电解液组成。负极由活性物质、导电剂、粘结剂、集流体构成，通常将活性物质、导电剂和粘结剂混合成液态浆料，涂布在集流体上，烘干、滚压后即制作成锂离子电池的负极。负极活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-20微米的电解铜箔。评价锂电池负极用粘结剂的性能的主要指标，一是粘结强度，作为将活性材料、导电剂以及集流体粘结起来的材料，粘结强度越高越好，如果粘结性能不好，会在电极制作过程中出现掉粉，集流体与活性物质脱离的情况，评价这一性能的关键指标是电池极片的剥离强度；另一方面，锂电池工作需要电极拥有好的导电性，作为负极的一部分，粘结剂是不导电的，所以粘结剂的用量必须尽可能少，以免用量过多影响整个电极的导电性能，进而影响电池的电性能，评价这一性能的指标是做成锂离子二次电池以后电性能的评价。

日本专利特许公开平11-354125号公报：报道了聚丙烯酸作为粘结剂，虽然它表现出优异的电池特性，但由于其本身具有刚性性质，在辊压及卷绕等电池制作过程易从电极极片上剥离脱落。

日本专利特许公开JP 2009-266612号公报：报道了多层结构的聚合物粒子作为负极粘结剂，其外层为热可塑性树脂，玻璃化转变温度为120～200℃；内层为低玻璃化转变的丙烯酸酯类橡胶。由于该粘结剂的内层的丙烯酸酯类橡胶在电解液中易膨胀，且外层热可塑性树脂和内层聚合物间无化学键合，难以在水系浆料中使用。

发明内容

针对上述现有粘结剂在辊压及卷绕等电池制作过程易从电极极片上剥离脱落，在电解液中性能不稳定，易膨胀等缺点，我们在研究中发现，粘结剂的作用是将活性材料、导电剂与集流体粘结起来，如果通过聚合反应使粘结剂聚合物微粒子的表面带有环氧基团，由于该环氧基含有孤对电子，而锂离子二次电池负极导电集流体为铜箔(Cu)，铜上有空的轨道，在使用时，环氧基的孤对电子可以占据铜箔中铜的空轨道，使粘结剂聚合物微粒子与铜之间的作用力增强，增大粘结剂与铜箔的粘接性能，提高锂电池负极极片的剥离强度。经过反复研究论证，本发明提供了一种聚合物微粒子乳液粘结剂及其制备方法，解决了上述问题。

用本发明粘结剂制作锂离子电池，在电池负极极片制作过程中，没有出现剥离脱落现象，在弯曲试验中20个极片中没有一枚极片有裂纹或剥离脱落；电极极片在电解液中稳定，不膨胀，不溶解，电池循环500周，容量保持率为85％，没有出现明显下降。

本发明所述的聚合物微粒子乳液粘结剂，该粘结剂为分散型聚合物微粒子乳液，乳液分散体为聚合物微粒子，分散介质为水，分散体聚合物微粒子为玻璃化转变温度为-50～50℃、由包括含共轭二烯的单体、含芳族乙烯基的单体及含环氧基团的不饱和单体共聚而成的聚合物，聚合物微粒子乳液粘结剂的粒径为50～300nm，凝胶含量为20-90％，pH值为4.0-7.0。

本发明所述的聚合物微粒子乳液粘结剂的制备方法，包括以下步骤：