[发明专利]一种锂离子电池的电极粘结剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型锂离子电池的电极粘结剂，所述电极粘结剂为ABA型三嵌段聚合物，两端为聚丙烯酸类嵌段，中间为聚丙烯酸酯类嵌段；聚丙烯酸类嵌段由甲基丙烯酸单体和/或丙烯酸单体聚合而成，聚丙烯酸酯类嵌段由丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或几种聚合而成。本发明还公开了上述的新型锂离子电池的电极粘结剂的制备方法。本发明所提供的嵌段共聚物粘结剂的电极极化小、放电比容量高、循环过程中的容量保持率高、粘结剂界面阻抗小，可同时适用于正极和负极，在锂离子电池领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池的电极粘结剂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自问世以来，凭借其比容量高、循环寿命长、自放电小等优点被广泛应用于电动汽车、便携式电子产品等领域，但是，目前仍存在电动汽车单次充电行驶里程短、充电时间长，便携式电子产品电池续航能力不足、容量衰减过快等问题。这些问题与锂离子电池中的活性物质、电极结构、电极粘结剂等息息相关。其中，电极粘结剂虽然只占电极体系很小的一部分，但却占据重要地位，对电池充放电速率、循环性能等有直接影响。

电极粘结剂的作用在于，将活性材料和导电剂粘结到金属集流体上，形成完整的正极或者负极。电极粘结剂在电极中应当有合适的分散形态以确保活性颗粒之间以及活性颗粒与集流体之间的粘结，但又不能完全包覆活性颗粒导致其与导电剂失去接触。另外，电极粘结剂需要具备适当的电解液溶胀能力，以在电极中形成良好的锂离子传输通道，同时不能损失过多的粘结强度。粘结剂还应具有良好的电化学稳定性以及弹性，确保在锂离子电池多次充放电循环中保持电极结构的稳定性。

长期以来，聚偏氟乙烯(PVDF)因其所具有良好的电化学、化学、热稳定性以及较高的机械强度，满足作为电极粘结剂的基本要求而得以广泛应用于锂离子电池正负极中作为电极粘结剂使用。但PVDF只能依靠范德华力与活性物质结合，粘结力弱，本身结晶度较高，弹性差，且在电解液中的溶胀率较高，只能在体积变化小于10％的电极中才能发挥稳定作用。当其应用于高比容量的电极，如硅基负极时，充放电的大体积变化容易造成活性物质与导电剂以及电极与集流体之间的脱落，使其容量迅速衰减。

最近研究表明，采用富含羧基基团的聚合物，如羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)等，在硅基负极中比PVDF具有明显优势，能够有效减缓电池容量的衰减，延长循环寿命，其中由于PAA比CMC具有更多的羧基基团，且分布均匀，改善效果尤为显著。PAA对硅电极性能的提升主要有基于以下三点原因：第一，PAA上均匀分布的羧基会与硅表面的羟基形成酯键或氢键，从而极大地增强了粘结剂与硅表面的结合力；第二，PAA的玻璃化转变温度(T_g)较高，且不会溶胀碳酸酯类电解液，因此可以保持较高的弹性模量，从而抵抗硅颗粒在充/放过程中的体积变化，减少硅颗粒破碎粉化带来的容量损失；第三，PAA能够很好地包覆硅颗粒表面，基于同性电荷相斥原理，其分子链上的羧基基团电离后带负电，能够有效地阻挡溶剂分子进入电极，从而减少电解液在硅表面的还原反应，进到类似固体电解质界面(SEI)的作用。但CMC和PAA依然存在模量较大、缺乏弹性的问题，现有研究多采用多种电极粘结剂复配的方法，如将丁苯胶乳(SBR)与CMC复配形成新的电极粘结剂体系，但由于SBR含有内双键结构，容易被氧化，不适宜应用于正极，限制了其适用范围。

发明内容

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种高粘结强度、高弹性、高稳定性、导离子的锂离子电池的电极粘结剂及其制备方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种锂离子电池的电极粘结剂，所述电极粘结剂为ABA型三嵌段聚合物，两端为聚丙烯酸类嵌段，中间为聚丙烯酸酯类嵌段；聚丙烯酸类嵌段由甲基丙烯酸单体和/或丙烯酸单体聚合而成，聚丙烯酸酯类嵌段由丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或几种聚合而成。