[發明專利]一種炭黑改性水系SBR鋰離子電池粘結劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201810283260.2
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108598482A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 張二冬;楊茂萍;李道聰
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 段曉微;葉美琴

本發明公開了一種炭黑改性水系SBR鋰離子電池粘結劑及其制備方法，涉及鋰離子電池粘結劑技術領域，所述粘結劑是以苯乙烯與丁二烯為原料，通過原位乳液聚合法在SBR分子鏈上鍵接導電炭黑，其制備方法是將硬脂酸鈉水溶液加入表面活性劑水溶液中，得乳化溶液；然后加入炭黑，分散得炭黑乳液體系；將還原性引發劑、電解質溶于去離子水中，得還原基溶液；將去離子水、還原基溶液、分子量調節劑SD?12、苯乙烯加入到炭黑乳液體系中，抽真空至負壓，再加入丁二烯，降溫，加入氧化性引發劑引發聚合反應，即得。將本發明的粘結劑用于電池制備，在不額外添加導電炭黑的情況下，電池具有較高的循環容量，提高了活性材料的添加比例，間接提高電池體系的能量密度。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池粘結劑技術領域，尤其涉及一種炭黑改性水系SBR鋰離子電池粘結劑及其制備方法。

背景技術

新能源汽車技術的高速發展對動力電池提出了越來越高的要求。相比于鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等電池，鋰離子電池能量密度高，放電電壓高，無記憶效應，是一種理想的新能源汽車動力源。但隨著市場對新能源汽車續航里程的要求逐漸提高，以及鋰離子電池正負極活性材料容量提升瓶頸的限制，采用少量高效的非活性材料降低電池質量從而間接提升電池能量密度的方法逐漸受到人們的關注。鋰離子電池電芯制備主要有卷繞與疊片兩種方法，要想將粉末狀的正負極材料制備成適合卷繞或疊片的正負極極片則必須用到涂布工藝。這就需要將正負極材料加入到合適的溶劑中，在粘結劑的作用下調制成漿料，然后涂布在集流體上制成極片。由于正負極材料的導電性較差，因此合漿過程中必須加入導電劑。在有限的電池空間中，減少粘結劑與導電劑的用量可以增加電極材料的用量，從而提升能量密度。但是粘結劑的減少會使電極材料與集流體之間的附著力減弱，電池在使用過程中電極材料極易脫落，造成電池壽命下降；導電劑的減少則會使極片的電導率下降，造成電池倍率性能差，產熱增大。通常電池正負極活性材料的比例為80％-92％。

目前，減少粘結劑和導電劑的用量且不對電池的性能產生不利影響的主要方法是開發新的粘結劑與導電劑體系，即使用粘結力更好的粘結劑或添加導電性能更好的導電物質。但是開發新的材料體系必須要投入大量的人力物力，時間周期長且成本高昂。另一方面，性能更好的粘結劑和導電劑也往往意味著更高的成本，不利于在工業生產中大規模應用。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種炭黑改性水系SBR鋰離子電池粘結劑及其制備方法，通過原位乳液聚合法將導電炭黑直接鍵接在SBR聚合物分子鏈上，形成網狀結構，在與CMC混用時可以以較少的比例提供足夠的粘結力與導電能力，間接提高了電池的能量密度。

本發明提出的一種炭黑改性水系SBR鋰離子電池粘結劑，其特征在于，是以苯乙烯與丁二烯為原料，通過原位乳液聚合法在SBR分子鏈上鍵接導電炭黑。

本發明還提出了上述炭黑改性水系SBR鋰離子電池粘結劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、將硬脂酸鈉加入到去離子水中，加熱攪拌溶解，得硬脂酸鈉溶液；將表面活性劑加入到去離子水中，攪拌溶解，得表面活性劑溶液；將硬脂酸鈉溶液加入到表面活性劑溶液中，水浴加熱，攪拌，得乳化溶液；

S2、將炭黑緩慢加入到乳化溶液中，分散均勻，得炭黑乳液體系；

S3、將還原性引發劑、電解質加入到去離子水中，攪拌溶解，得還原基溶液；

S4、將去離子水、還原基溶液、分子量調節劑SD-12、苯乙烯加入到炭黑乳液體系中，采用惰性氣體置換反應容器內的空氣，抽真空至負壓，再加入丁二烯，攪拌，水浴降溫，加入氧化性引發劑引發聚合反應，反應結束后即得炭黑改性水系SBR膠乳。

優選地，所述硬脂酸鈉、表面活性劑、炭黑、還原性引發劑、電解質、分子量調節劑、苯乙烯、丁二烯、氧化性引發劑的質量比為3-15：20-160：20-200：0.01-0.2：1-30：0.1-10：40-90：150-350：0.1-1。