[发明专利]双重网络结构水性复合粘结剂及其制备方法与在锂离子电池中的应用

说明书

本发明提供双重网络结构水性复合粘结剂及其制备方法与在锂离子电池中的应用。包含水溶性聚合物、羧甲基纤维素和交联剂，其中水性聚合物占85‑99.4wt％，羧甲基纤维素占0.5‑10wt％，交联剂占0.1％‑5％。本发明还提供由该双重网络结构水性复合粘结剂制成的负极及包含该负极的锂离子电池。水溶性聚合物和羧甲基纤维素对负极材料具有较强的粘接力，交联剂及树枝状结构赋予粘结剂的双重网络结构，增强粘结剂的韧性，可有效适应电池充放电过程中活性物质体积变化效应，保持锂离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及新能源与新材料技术领域，具体涉及一种双重网络结构水性复合粘结剂，包含该双重网络结构水性复合粘结剂的锂离子电池负极以及包含该锂离子电池负极的锂离子电池。

背景技术

粘结剂是锂离子电池中重要的辅助功能材料之一，是整个电池电极力学性能的主要来源，对电极的生产工艺和电池的电化学性能有着重要的影响。锂离子电池用粘结剂为高分子胶粘剂，分为非水性粘结剂和水性粘结剂。非水性粘结剂主要为聚偏氟乙烯(PVDF)，在浆料制备过程中需使用毒性有机溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)，不利于环保型锂离子电池的开发。且PVDF与电极活性材料之间的粘接力差，难以有效抑制活性材料在充放电过程中因体积变化而导致的电极材料开裂、粉化、脱落等问题，导致锂离子电池循环稳定性差。水性粘结剂主要有丙烯酸共聚物、海藻酸钠、羧甲基纤维素-丁苯橡胶复合物等。丙烯酸共聚物、海藻酸钠、羧甲基纤维素等分子链上含有大量的羧基等极性官能团，可与活性物质产生较强的分子间作用力，因此对活性物质具有较好的粘接力。而且，水性粘结剂的制备不需要使用毒性有机溶剂，提高了锂离子电池的环保性。然而，水性粘结剂性质较硬，由此制成的电极片在活性材料体积变化时表面容易发生开裂、粉化等现象，同样导致锂离子电池循环稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的包含水溶性粘结剂的锂离子电池循环稳定性不足的问题，开发一种新型的水溶性粘结剂，在保持对活性物质具有较好的粘接力的同时，可以提高锂离子电池的循环稳定性，本发明的另一个目的是开发循环稳定性提高的环保型锂离子电池。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

在第一方面，本发明提供一种双重网络结构水性复合粘结剂，该双重网络结构水性复合粘结剂包含水溶性聚合物、羧甲基纤维素和交联剂，以该双重网络结构水性复合粘结剂的总重量计，该水性聚合物占85-99.4wt％，该羧甲基纤维素占0.5-10wt％，该交联剂占0.1％-5％，该双重网络结构水性复合粘结剂由所述交联剂将所述树枝状水溶性高分子交联形成双重网络结构型分子结构而制成。该双重网络结构水性复合粘结剂中，以羧甲基纤维素为主链，水溶性聚合物为侧链形成一种类似网状的树枝状高分子。同时，侧链聚合物通过交联剂形成交联型网络，从而使得整个胶粘剂呈现一种“双重网络结构”的粘接效果。

进一步地，该羧甲基纤维素的分子量M_W为50000-300000，取代度为0.5-1.5。

进一步地，该水溶性共聚物为水性丙烯酸类共聚物。

进一步地，该交联剂为无机交联剂或有机交联剂。还进一步地，无机交联剂为无机金属阳离子Cu²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Al³⁺中的一种或多种的组合，有机交联剂为有机过氧化物交联剂(例如过氧化二异丙苯)、硅烷偶联剂(例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、氮丙啶类交联剂(如三官能团氮丙啶交联剂)、碳化亚胺类交联剂、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合。

上述双重网络结构水性复合粘结剂可以通过本发明人开发的制备方法制得。该制备方法包括以下步骤：