[发明专利]一种树枝状水性粘结剂、负电极极片、电池及方法

说明书

本发明公开了一种树枝状水性粘结剂、负电极极片、电池，涉及锂离子电池技术领域，含有主链和侧链，侧链含有酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中至少一种基团的聚合物。此粘结剂中主链是纳米纤维素材料，具有高长径比、高韧性、高模量的性能，同时，纳米纤维素可以延伸粘接不同的负极颗粒，通过高粘接性的侧链聚合物，将不同的负极颗粒粘结剂到一起。这样不同的水性粘结剂链间相互缠结，使得整个粘结剂呈现一种“网络状”的粘接效果，能够有效地适应负极颗粒(特别是硅颗粒)在脱嵌锂过程中的体积变化效应，防止导电网络的破坏。同时，网络状的包覆粘接负极颗粒，抑制了硅颗粒膨胀过程中的粉化效应。

技术领域

本发明涉及潜艇用机封技术领域，特别涉及一种树枝状水性粘结剂、负电极极片、电池。

背景技术

目前，随着移动电子产品和电动汽车行业的发展，对高能量密度的离子电池的需求越来越迫切。其中用硅材料(硅碳和硅氧)来提高锂电池负极的能量密度，是目前公认的提高锂电池能量密度的可行方案之一。

负极粘结剂主要是将负极活性材料、导电剂和分散剂等粘接到集流体上的作用，目前主要的负极粘结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯乳液(SBR)和聚丙烯酸(PAA)。但将其用于含硅负极还存在一些问题：

(1)硅材料在脱嵌锂的过程中通常具有较大的体积变化，而PVDF和SBR具有较大的电解液溶胀，其颗粒间的粘接力较弱，无法抑制电池循环过程中反复的膨胀收缩，最终导致粘接失效，导致电池容量损失。

(2)PAA粘结剂具有较多的极性基团，分子间内聚力高，负电极极片液溶胀低，但其为线性高分子，且韧性差，极片加工性差。

(3)含硅较高的负极脱嵌锂过程中体积变化较大。

因此，目前的PVDF,SBR和PAA都无法满足要求，都存在循环中后期粘接失效而负极活性材料从集流体上脱落的问题。

发明内容

本发明目的之一是解决现有技术中的负极粘结剂存在循环中后期粘接失效而负极活性材料从集流体上脱落的的问题。

本发明目的之二是提供一种负电极极片。

本发明目的之三是提供一种电池。

本发明目的之四是提供一种树枝状水性粘结剂的制备方法。

本发明目的之五是提供一种负电极极片的制备方法。

本发明目的之六是提供一种电池的制备方法。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：一种树枝状水性粘结剂，其主链为纤维棒状的纳米纤维素，侧链是化学接枝，含有酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中至少一种基团的聚合物。

在上述技术方案中，本发明实施例的树枝状结构的水性聚合物，用于含硅负极的粘结剂，能够较好地适应负极颗粒的体积膨胀效应，抑制硅颗粒的粉化，维持导电网络的可逆膨胀，从而实现含硅负极锂离子电池的循环性能。

进一步地，在本发明实施例中，所述纳米纤维素的直径为20-300nm，优选为20nm，所述纳米纤维素的长径比为10-300，优选为长径比为30-400。

进一步地，在本发明实施例中，所述侧链的聚合物通过化学引发接枝不饱和烯烃单体聚合所得，不饱和烯烃单体选自水溶性的含有碳碳双键的酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中的至少一种。

进一步地，在本发明实施例中，所述侧链的聚合物接枝率为10％-5000％，优选为100％-1000％。所述粘结剂的转化率10％-100％，优选为50％-100％，侧链的数均分子量M_计算为2000-500000，优选为5000-50000。

本发明的有益效果是：