[发明专利]一种锂离子电池用水性复合粘结剂

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用水性复合粘结剂，所述粘结剂包含5～50wt％乙烯醋酸乙烯酯共聚物和95～50wt％的配合粘结剂。所述的水性复合粘结剂具有断裂伸长率和拉伸强度高、粘结性好的特点，可以作为粘结剂用于锂离子电池中的正极或负极的制备，当应用于锂离子电池时，特别是脱嵌锂过程中体积变化大的负极或正极活性物质，可同时提高锂离子电池的比容量和循环稳定性。本发明的粘结剂组分易得、制备简单、可大量生产、无毒且环保。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池极片用粘结剂，具体涉及一种锂离子电池用水性复合粘结剂，属于锂离子电池领域。

背景技术

随着科技的发展和环保的要求，锂离子电池在生活中的应用越来越广泛，对锂离子电池的能量密度要求也越来越高，特别是电动汽车用锂离子电池。选择高比容量的活性物质成为提高锂离子电池能量密度的一种方法。但是在脱嵌锂过程中，高比容量的活性物质通常存在体积变化大的缺点，最终导致活性物质的脱落和容量的急剧衰减。粘结剂是锂离子电池中不可缺少的一部分，其在锂离子电池中主要起粘结集流体、活性物质和导电剂的作用，使电极保持完整性。其在电池中的用量虽然小，但是却起着非常重要的作用。

目前锂离子电池所用的粘结剂主要是油性粘结剂和水性粘结剂。油性粘结剂主要为聚偏氟乙烯(PVDF)，所用的溶剂为具有挥发性和毒性的有机物N-甲基吡咯烷酮。PVDF的缺点主要是对环境污染较大和与活性物质的作用力较差，特别是对高比容量的活性物质。高比容量的活性物质具有在充放电循环过程中体积变化大的特点。以PVDF为粘结剂时，活性物质易于从极片脱落，导致容量衰减。

锂离子电池用的水性粘结剂主要为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、丁苯橡胶。羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸因为含有大量的极性基团，极性基团增强了与活性物质的粘结力的同时也增强了分子间的作用力。较强的分子间作用力导致了分子链的转动性差，扭曲能力低，弹性差。此类粘结剂所制得的膜具有较硬和较脆的特性。以此类聚合物作为制备极片的粘结剂时，所得极片较硬，发脆。在碾压卷绕时易发生极片表面开裂等问题。另外对于脱嵌锂过程中体积变化大的活性物质，由此类粘结剂制备的极片在脱嵌锂过程中也会由于活性物质的体积变化而导致粘结剂的破裂，活性物质从极片的脱落。而丁苯橡胶虽然柔性好，但是粘结力较低。此外由于柔性较大，对于纳米或微米级活性物质，脱嵌锂过程中活性物质易于团聚，造成比容量的衰减。

为解决此类问题，有必要开发一种强度和柔性适当的水性粘结剂，提高锂离子电池的循环性能和倍率性能，特别是含高比容量活性物质的锂离子电池。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可用于锂离子电池正负电极材料的水性复合粘结剂。该粘结剂能够提高与活性物质间的粘结力，可有效提高锂离子电池的循环稳定性和倍率性能。

本发明采用如下技术方案：

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种锂离子电池用水性复合粘结剂，所述粘结剂包含5～50wt％乙烯醋酸乙烯酯共聚物和95～50wt％的配合粘结剂；所述粘结剂具有粘结力强、拉伸强度和断裂伸长率高等特点。

所述的乙烯醋酸乙烯共聚物采用乳液共聚物，且其中醋酸乙烯含量(通常指质量百分比)为80％。

进一步的，所述乙烯醋酸乙烯酯共聚物与配合粘结剂的质量比1:9～1:1。

所述配合粘结剂优选强极性聚合物，进一步优选聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、羧基化壳聚糖、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的一种或几种的组合，但不限于这几种聚合物。

本发明另一方面提供了一种水性复合粘结剂在锂离子电池中的应用，所述的锂离子电池包括正极极片、负极极片、电解液和隔膜，其中正极极片和负极极片包含所述的水性复合粘结剂。