[发明专利]一种水性粘结剂及其制备方法和用途

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种水性粘结剂及其制备方法和用途，所述水性粘结剂包括含有至少三种单体单元的聚合物，所述聚合物包括第一单体单元、第二单体单元和第三单体单元，所述第一单体单元具有式Ⅰ所示的结构，所述第二单体单元具有式Ⅱ所示的结构，所述第三单体单元具有式Ⅲ所示的结构，其中，R₁、R₂、R₃和R₆相同或不同，且各自独立地代表氢、直链烷基或支链烷基；R₅为端基含有羟基的基团。本发明提供的水性粘结剂具有优异的粘结性能，能够显著抑制硅负极的膨胀，同时使得所制备的极片具有优异的柔韧性能，提高了电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种水性粘结剂及其制备方法和用途。

背景技术

如今，锂离子电池已广泛应用于手机、电脑和电动车等产品，具有极大的商业价值。目前商品化锂离子电池的正极材料以氧化物如LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄等为主；负极材料以石墨为主，由于石墨理论容量较低(372mAh/g)，已经很难满足当今电子信息、能源技术飞速发展的需要，因此开发高容量硅基材料成为锂离子电池技术发展的重大课题。然而，由于硅基材料在充放电时伴随着更大的体积膨胀和收缩(最高可达300％)，导致电极容量衰减快，循环性能差。因此，需要开发高粘结强度和能够降低硅负极膨胀的粘结剂来实现高容量负极的循环稳定性。

现有技术中常用的硅负极粘结剂有SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)粘结剂和PAA类粘结剂。SBR粘结剂通常配合CMC使用，SBR本身强度低，粘结力差，对极片膨胀抑制作用差，因而应用在硅负极时，其循环性能往往很差；采用现有技术中的PAA类粘结剂制备的极片柔韧性差，加工性能差，极片结构被破坏以后难以恢复，循环性能较差。

因此，开发一种兼具优异的粘结性能、柔韧性能和循环性能的粘结剂，以满足高性能的电极极片以及锂离子电池的应用要求，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种水性粘结剂及其制备方法和用途，本发明提供的水性粘结剂具有优异的粘结性能，能够显著抑制硅负极的膨胀，同时使得所制备的极片具有优异的柔韧性能，提高了电池的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种水性粘结剂，所述水性粘结剂包括含有至少三种单体单元的聚合物，所述聚合物包括第一单体单元、第二单体单元和第三单体单元，所述第一单体单元具有式Ⅰ所示的结构，所述第二单体单元具有式Ⅱ所示的结构，所述第三单体单元具有式Ⅲ所示的结构，

其中，R₁、R₂、R₃和R₆相同或不同，且各自独立地代表氢、直链烷基或支链烷基；R₅为端基含有羟基的基团。

这里，R₁、R₂、R₃的选择以保持单体的水溶性作为原则，R₅的选择以保持单体的水溶性作为原则。

本发明提供的水性粘结剂具有优异的粘结性能，能够显著抑制硅负极的膨胀，同时使得所制备的极片具有优异的柔韧性能，提高了电池的循环性能。

上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，R₅代表被羟基取代的碳原子数为1-6的直链烷基、被羟基取代的碳原子数为1-6的支链烷基、-CH₂CH₂OCH₂CH₂OH或-(CH₂CH₂O)_nH，n≥3(例如n可以为3、5、7或10等)。