[发明专利]一种水性粘结剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种水性粘结剂，所述粘结剂为枝接有聚丙烯酸长支链或丙烯酸单体与烯烃单体的共聚和长支链的水溶性增强聚乙烯醇。所述水性粘结剂改善了聚乙烯醇分散浆料时易起皮和引气的缺陷，所述制备方法精确的引入长支链，改善高克容量硅基负极的循环性能，显著抑制极片膨胀。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子二次电池电极材料，具体涉及一种水性粘合剂及其制备方法和用途。

背景技术

目前为了解决非碳质负极活性物质的循环体积膨胀而引起电池变形、劣化等问题，开发高粘结强度和能够均匀分散膨胀应力的粘合剂来实现高容量非碳质活性物质负极的循环稳定性。另一方面，因绿色环保意识加强，电池厂商首选采用水性粘结剂作为锂离子电池负极粘结材料。

CN 101361212 A公开了一种聚合度大于2500、皂化度大于90％的聚乙烯醇粘合剂，但本发明人研究证实，未进行水溶性增强改性的聚乙烯醇作为粘合剂时对浆料的分散性能差，高速分散时聚乙烯醇易导致浆料表面结皮和引气，影响了硅基负极极片性能的发挥，同时充放电循环后极片膨胀大。另一方面，聚乙烯醇高分子链拓扑结构为线性结构，在极片中，粘结剂添加量较低，聚合物分子量间物理缠结效应弱以及分子间作用位点少，这样使得粘结剂均匀分散膨胀力效果差。

CN 102412401 A通过引入一定碱金属氢氧化物中和的聚丙烯酸和聚乙烯醇复合并高温交联作为硅基负极的粘合剂，展现出高的粘结力并提升电池循环性能，但这样的一种粘合剂本身较脆不利于极片加工。CN 101507020 A将聚乙烯醇和聚氨基甲酸酯制备半互穿网络粘合剂作为硅基负极粘合剂，展现出较好的粘结力，具有好的电解质电阻和改善的拉伸性能，提升电池的容量或功率输出性能。CN 101529625 A通过将聚合度大于3000和皂化度大于80％的聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮进行复合，作为硅基或锡基负极材料的粘合剂，从而减少极片的膨胀。

CN 104247088 A通过乙酸乙烯酯和丙烯酸共聚并醇解得到了羧基改性的聚乙烯醇，提升了聚乙烯醇的耐热性能，并作为二次电池隔膜陶瓷粉末的粘合剂。CN 101260282 A采用聚乙烯醇或其缩醛衍生物作为主体聚合物，采取两种或两种以上不同极性单体作为接枝共聚物，制备高粘度的乳液并作为电池的正极粘合剂，解决正极压实密度偏低以及极片干燥后较脆的问题。

CN 105914377 A通过对生物质水溶性高分子或合成水溶系高分子进行迈克尔加成反应或接枝共聚制备多分枝结构的水性粘结剂，但接枝反应或迈克尔加成反应极易导致生物质水溶性高分子降解。另一方面，采用合成水溶性高分子避免上述缺陷，但由于本证接枝效率低，无法控制接枝密度和接枝链长。CN 105958075 A将聚乙烯醇作为底物，以亲水单体和亲油单体经迈克尔加成改性制备了一种多元功能化改性聚乙烯醇水性粘结剂。但值得提出的是，迈克尔加成改性后，残留的小分子单体存在对浆料分散和粘结剂性能影响较大。

但目前而言，市场上仍未出现一种具有特别适用于硅基负极的水性粘结剂。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种水性粘结剂及其制备方法和应用，所述水性粘结剂改善了聚乙烯醇分散浆料时易起皮和引气的缺陷，所述制备方法精确的引入长支链，改善高克容量硅基负极的循环性能，显著抑制极片膨胀。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种水性粘结剂，所述粘结剂为枝接有聚丙烯酸长支链或丙烯酸单体与烯烃单体的共聚和长支链的水溶性增强聚乙烯醇。

作为本发明优选的技术方案，所述烯烃单体包括磺酸基烯基单体、羧基烯基单体或胺基烯基单体中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：磺酸基烯基单体和羧基烯基单体的组合、羧基烯基单体和胺基烯基单体的组合、胺基烯基单体和磺酸基烯基单体的组合或磺酸基烯基单体、羧基烯基单体和胺基烯基单体的组合等。