[发明专利]一种锂离子电池负极水性粘结剂及其制备方法、负极材料

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极水性粘结剂，由以下单体通过乳液聚合得到：硬单体、软单体、功能性单体、酸性单体、交联剂；所述的硬单体、软单体、功能性单体、酸性单体、交联剂的重量比为5～15：5～18：2～10：1～3：0.05～0.2；所述的功能性单体为：甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸四氢呋喃酯、丙烯酸一缩乙二醇酯中的一种或多种组合；其优点在于：能够保持合适的吸水率、粘结力和较好的容量保持率；同时，还公开了该粘结剂的制备方法和采用该粘结剂的负极，属于高分子材料领域，特别属于锂离子电池电极材料领域。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及锂离子电池电极材料领域，公开了一种锂离子电池负极水性粘结剂及其制备方法以及负极材料。

背景技术

锂离子电池经过二十多年的发展，已经逐步进入到经济、生活、军事各领域，随着应用范围的扩大，可反复充放电、高容量的锂离子二次电池的需求也日益增大。但是锂离子受到电池材料、工艺以及使用环境等多方面因素的影响，其中制备电极所使用的粘结剂的影响不容小觑。粘结剂起到粘接活性物质、导电剂、并将其粘附到集流体，形成完整电极结构的作用。同时粘结剂也会影响极片的柔软性、极片在电解液中的膨胀性、电化学稳定性等诸多性能。

按照分散介质的性质可以分为油性(有机溶剂)粘结剂和水性粘结剂。

油性粘结剂使用有机溶剂作分散介质，这种分散介质不仅价格昂贵，而且有机溶剂有一定的毒性，不利于电池的清洁生产。PVDF(聚偏氟乙烯)是一种非极性链状高分子粘结剂，是目前锂离子电池工业中最常用的电极粘结剂。PVDF是一种结晶性聚合物，其作为粘结剂的突出特点是抗氧化能力强，热稳定性好，易于分散，但缺点也很明显，需要使用N-甲基吡络烷酮(NMP)做溶剂，这种溶剂的挥发温度高，有一定的环境污染，且价格贵。PVDF还有存在杨氏模量相对较高，在1～4GPa之间，极片的柔韧性不够好，PVDF洗水后分子量下降，粘性变差，因此对环境的湿度要求比较高。另外对离子和电子绝缘，在电解液中有一定的溶胀，且与金属锂、Li_xC₆在较高温度下发生放热反应，对电池的安全性不利。一般而言，PVDF分子量越大，其粘结性能越好，制备电极所需粘结剂的比例就相应减少，但分子量过大会造成PVDF在NMP中的溶解性和在电极中的分散性下降，不仅如此，高分子量的PVDF结晶度高，对电极中电子和质子的迁移阻力大，由此也会造成极片的阻抗高，充放电过电位大。

为了克服油性粘结剂对环境污染和使用成本高的问题，加上PVDF在电池中的使用困境，水溶性粘结剂逐渐发展起来，并成为近年来电池工作者普遍关注的一个方向。

作为一种用于电池隔膜的水性粘结剂，CN201710447350.6公开了一种锂电池陶瓷隔膜用水性胶黏剂及其制备方法，是以单体、乳化剂、引发剂和去离子水为原料通过乳液聚合法制成；所述各原料的用量以质量百分数表示为：单体30～50％，乳化剂0.1～5％，引发剂0.1～2％，去离子水40～70％；该胶粘剂采用半连续种子乳液聚合法进行制备，制得的丙烯酸酯乳液胶粘剂具有粘结强度高、水分含量低、电化学窗口宽、绿色环保等优点。其中，单体含有硬单体如苯乙烯、软弹体如丙烯酸异辛酯、功能性单体甲基丙烯酸。

如果将其换用到负极中，其很难达到应用所要求的粘结力、容量保持率。

CN201810526412.7公开了一种锂电池用负极水性粘结剂，由1.5％-15％丙烯酸(盐)或丙烯酰胺与0.1％-10％单体、0.001％-1％引发剂在60％-98％的溶剂中共聚得到，所述粘结剂的平均分子量为2万至200万；该粘结剂为非交联聚合物，其粘结性能、柔韧性能、循环性能等无法达到本发明的要求。