[发明专利]一种改性水性粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性水性粘结剂及其制备方法和应用，所述改性水性粘结剂包括主体、软单体和均聚物；其中，所述主体包括聚丙烯酸酯，所述软单体包括共聚2‑苯甲酰基‑3‑羟基‑1‑丙烯和/或丙烯酸异辛酯，所述均聚物包括聚甲基丙烯酸甲酯，所述粘结剂整体粘结强度较高，分散性较好且在电解液中性能稳定。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，涉及一种改性水性粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

当前新能源市场需求上升形势迅猛，尤其在锂离子动力电池领域，越来越多搭载锂离子电池的电动汽车上市，一些城市的限号政策也给了锂电池新能源汽车非常大的发展空间。近两年，搭载三元正极材料锂离子电池的电动汽车失火事故频发，而磷酸铁锂（LFP）正极材料锂离子电池因磷酸铁锂材料稳定的结构与耐高温分解特性在安全性上具有极大优势，另外磷酸铁锂材料不含重金属，其成本亦较低，高安全性与降本是动力/储能电池市场技术持续发展的重点方向。

粘结剂将正负极材料和导电剂粘接于金属集流体（铝箔、铜箔）上，从而制备电池极片，其能够增强活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的接触，稳定极片结构，是电极活性材料的连接媒介，其特性将直接影响锂电池循环性能、快速充放能力、高温、DCR等性能。

目前，LFP电池正极极片制备大多采用油溶性的聚偏氟乙烯（PVDF）作为粘结剂，加入N-甲基吡烷酮（NMP）作为溶剂配合使用，加入其他导电剂及活性物质溶解PVDF；溶胶后将活性物质粉料分散在胶液中，再将胶液涂覆于铝箔表面，烘干辊压，制备正极极片。然而PVDF+NMP油溶性体系制作电极的成本较高，另外NMP有毒性，在制作电池极片时易有NMP气体挥发到空气中，吸入后对人体危害极大，使用时也需投入一定成本进行回收。

另外，水系粘结剂主要有丁苯乳液（SBR）、羟甲基纤维素（CMC）、 聚四氟乙烯乳液（PTFE）、聚丙烯酸酯（PAA）等，而市面上开发的LFP用水溶性粘结剂又普遍存在固体物质分散不均匀，水性正极浆料一致性较差，稳定性不高，易发生沉降等问题，其严重影响锂电池性能。

CN110311139A公开了一种锂离子电池水性粘结剂正极浆料，包括正极活性物质、导电剂、水性粘结剂、分散剂和去离子水，按照正极浆料中各成分选取原料，先将正极活性物质、导电剂和固体分散剂分别研磨成粉末状，所述正极活性物质为磷酸铁锂，其利用分散剂替换了N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散溶剂，分散剂为一种或多种混合，提高了分散效率，解决了N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散溶剂带来的环境污染、人体伤害及高能耗和高成本问题；磷酸铁锂锂离子电池规模化生产中，保持环保无污染和人体伤害小，提高低能耗、低成本和电池低内阻的指标。但是其所述水性粘结剂粘结强度较低，导致粘结剂在锂电池中使用量较高，从而降低了极片中活性物质含量，影响极片性能。

CN105261759A公开了一种锂电池用水性粘结剂及其制备方法、锂电池极片。其中，锂电池用水性粘结剂的制备方法包括：将聚乙烯醇溶于水中，在第一搅拌状态下搅拌至全部溶解以形成聚乙烯醇溶液，往聚乙烯醇溶液中加入引发剂，混合均匀得到混合溶液，往混合溶液中逐滴加入至少包括苯乙烯与第一单体的单体混合物，待单体混合物全部滴加完毕，在第二搅拌状态下持续搅拌至充分反应，得到锂电池用水性粘结剂。但是其所述水性粘结剂在电解液中稳定性较差，吸液率较高。

上述方案所述水性粘结剂存在有粘结强度低、稳定性差或吸液率高等问题，因此，开发一种粘结强度高、稳定性好或吸液率低的水性粘结剂是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性水性粘结剂，所述改性水性粘结剂包括主体、软单体和均聚物；其中，所述主体包括聚丙烯酸酯，所述软单体包括共聚2-苯甲酰基-3-羟基-1-丙烯和/或丙烯酸异辛酯，所述均聚物包括聚甲基丙烯酸甲酯，所述粘结剂整体粘结强度较高，分散性较好且在电解液中性能稳定。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：