[发明专利]一种粘结剂用水性聚合物及其制备方法，水性粘结剂和硅负极锂离子电池

说明书

本发明涉及一种粘结剂用水性聚合物及其制备方法，水性粘结剂和硅负极锂离子电池。该粘结剂用水性聚合物为线型，在室温下为固态；所述水性聚合物由结构单元A、结构单元B、结构单元C(可选)构成；结构单元A、结构单元B的摩尔比为(1～20):(0.1～5)；结构单元A、结构单元B、结构单元C的摩尔比为(1～20):(0.1～5):1。本发明提供的粘结剂用水性聚合物，含有羟基等极性基团，具有优异的粘结强度、韧性和力学强度，能够有效地抑制硅负极材料嵌锂后的体积膨胀。同时，以上结构单元的选择对负极材料浆料的分散性和稳定性也大有裨益，该粘结剂用水性聚合物是一种粘结性强、适用范围广、性能稳定的高性能水性聚合物。

技术领域

本发明属于锂离子电池粘结剂领域，具体涉及一种粘结剂用水性聚合物及其制备方法，水性粘结剂和硅负极锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池中的传统负极材料是石墨类碳基材料，包括天然石墨、人工石墨、硬碳和软碳等，但此类材料理论嵌锂容量仅为372mAh/g，无法实现新一代锂离子二次电池对高能量密度的要求。与石墨类碳基材料相比，硅不仅在地壳中含量丰富，而且其理论容量是目前已发现负极材料中最高，完全嵌锂后可以达到4200mAh/g，有望成为替代石墨成为下一代锂离子电池的负极材料。然而，硅作为负极材料时，在嵌锂合金化的过程中，不可避免的产生较大的体积膨胀效应(体积形变高达到300％)。这导致硅基负极材料在电池充放电的过程中，负极颗粒表面破裂，导电网络也被破坏，并且界面固态电解质(SEI)膜重复生成，最终导致库伦效率降低，循环性能变差，甚至活性材料从集流体上脱落，最终导致电池失效。近些年来，越来越多的研究表明，粘结剂对硅基负极材料的性能发挥具有重要的影响，而且通过对粘结剂的优化来实现硅负极锂离子电池的产业化应用，不仅改善效果显著，而且成本低廉。

石墨类碳基负极材料的常用粘结剂是丁苯乳液(SBR)或者苯丙乳液，但是由于粘结剂乳液对负极材料并不具有分散性能，需要再加入分散剂羧甲基纤维素钠(CMC)。所以，石墨类碳基负极的极片中，丁苯乳液(SBR)或者苯丙乳液起到对石墨颗粒间、石墨颗粒与集流体之间的粘结作用，而CMC起到对石墨浆料的分散和悬浮作用。由于丁苯乳液(SBR)或者苯丙乳液的分子结构中不存在大量的极性基团，其粘结作用力仅仅是来源于与负极材料和集流体间较弱的范德华力，因此粘结强度都较低，不适合在具有较大体积膨胀效应的硅负极材料中应用。

授权公告号为CN105336960B的中国发明专利公开了一种用于锂离子电池电极材料的离子聚合物型粘结剂用水性聚合物的制备方法，其是将亲水性单体、亲油性单体进行共聚合反应制备离子聚合物型水性粘结剂。该水性粘结剂的粘结性，对电极材料的分散能力和稳定能力有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粘结剂用水性聚合物，以解决现有水性聚合物的粘结性差，对电极材料的分散能力和稳定能力有待进一步提高的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种粘结剂用水性聚合物的制备方法，以解决现有方法制备的水性聚合物的粘结性差，对电极材料的分散能力和稳定能力有待进一步提高的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种水性粘结剂，以解决现有水性粘结剂不能有效抑制负极体积膨胀的问题。

本发明的第四个目的在于提供一种硅负极锂离子电池，以解决现有硅负极锂离子电池的内阻高、循环性能有待改善的问题。

为实现上述目的，本发明的粘结剂用水性聚合物的技术方案是：

一种粘结剂用水性聚合物，所述水性聚合物为线型，在室温下为固态；所述水性聚合物至少由结构单元A、结构单元B组成；

结构单元A为：

且在结构单元A中的摩尔占比至少为50％；

结构单元B为：

中的任意一种或两种以上；