[發明專利]一種用于鋰離子電池的水性粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201810506828.2
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108767259B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 趙經緯;聶鋒;溫樂樂
• 申請（專利權）人: 九江華先新材料有限公司;湖口縣新材料協同創新中心
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;C08F283/06;C08F220/28;C08F222/02;C08F220/44;C08F220/56;C08F220/18;C08F2/26;C08F220/20;C08F228/02;C08F220/32
• 代理公司: 南昌青遠專利代理事務所(普通合伙) 36123
• 代理人: 劉愛芳

本發明公開了一種鋰離子電池用水性粘結劑，由0.2％～9％含有雙鍵的長鏈聚醚化合物、7％～11％乙烯基類單體、0.001％～1％引發劑、0.02％～2％乳化劑和余量水制成。采用本發明的方法制備的鋰離子電池用水性粘結劑在較寬的溫度范圍內能保持高強度和高彈性，特別適用于電極的粘結，有效的提高了鋰離子在電極中的傳輸能力。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種用于鋰離子電池的水性粘結劑及其制備方法。

背景技術

隨著過去二三十年鋰電池產業的快速增長，目前鋰電池在消費電子領域幾乎完全取代了其它二次電池，成為最重要的一類便攜性儲能裝置。同時，隨著鋰電池技術在消費電子領域的發展和完善，生產規模的逐步擴展和成本不斷降低，其應用領域也逐漸拓展到其它方向，如大規模儲能裝置、動力裝置等。尤其是在電動汽車領域，由于環保要求和礦物能源的萎縮，加上鋰電池儲能技術的慢慢成熟，在技術和市場的雙重助推下，可以預見在未來十年電動汽車將成為全球汽車產業的一個最大增長方向。

鋰電池生產過程，是以樹脂基的粘結劑，與正負極材料、導電劑等在介質中分別配制成漿料，然后分別涂布在各自集流體上，除去介質即得到極片，再通過一系列后續過程得到成品電池。由此可以看出，電極材料、導電劑等在介質中的分散效果、漿料的粘度、活性材料與集流體之間的粘結效果等，直接關系到電池最終的性能。而其中，粘結劑的性能直接關系到漿液的粘度、各組分的分散效果以及最終的粘結效果。因此，雖然粘結劑在電極成分中所占的比例較小(＜5％)，但卻是非常重要的組成部分。

油溶性的聚偏氟乙烯(PVDF)最早作為粘結劑應用在鋰電池中。雖然PVDF兼具粘結性、柔性、電化學穩定性以及耐電解液等優點，但由于其在制漿的過程中必須采用NMP等高沸點有機溶劑作為分散劑，在制漿、涂布和干燥過程中很容易泄漏并對環境和人體產生危害，同時也容易發生生產安全事故。

為了克服油性PVDF的缺陷，國內外的廠家和研究機構做了許多嘗試，目前以SBR乳液與CMC為粘合劑體系的產業化最為成功，目前主要應用于負極極片的生產，已經基本上取代了PVDF。但目前鋰電池用SBR的供應商以日本廠商為主，同時含有雙鍵的SBR樹脂在氧化性的正極中并不適用。

丙烯酸酯類乳液作為一種在粘合領域廣泛應用的產品，在很早的時候就被研究者所關注，日本廠家在這方面布局較多，以苯乙烯、丁二烯、丙烯酸酯、丙烯腈等單體為原料的乳液都已經被關注。

國內廠家茵地樂生產的LA系列粘結劑(CN201610677774)，主要成分為丙烯酸酯-丙烯腈聚合物，該粘結劑具有粘結性能好、耐溶劑性佳的優點，目前在國內市場上占有一定份額。但由于該粘結劑的脆性非常大，在電極制備過程中容易發生開裂等現象，目前應用存在較大的局限。

隨著電池技術的進步，新的電極材料的發明和應用，目前所使用的粘結劑體系將受到很大的挑戰。例如作為下一代高性能負極的硅碳材料，由于充放電過程中較大的體積變化，要求粘結劑具有非常好的粘結能力和形變-恢復能力，以及和電極材料更高的結合力，甚至要求粘結劑參與保護活性材料。因此在硅碳負極中，PVDF粘結劑已經完全不適用，并且目前市面上的其他粘結劑也存在很大局限。另外，電池技術的發展要求大體積容量、大電流充放電等，這要求電池內部的阻抗越小越好，離子和電子的傳輸速度越快越好，因此能夠充分分散電極的各組成部分、形成更好的電子通路，同時增加離子傳輸速度成為下一代電池粘結劑的要求。

發明內容

針對上述技術現狀和發展方向，本發明提出了一種用于鋰離子電池的水性粘結劑及其制備方法。

一種用于鋰離子電池的水性粘結劑，由0.2％～9％含有雙鍵的長鏈聚醚化合物、7％～11％乙烯基類單體、0.001％～1％引發劑、0.02％～2％乳化劑和余量水制成。

所述的含有雙鍵的長鏈聚醚化合物，其結構可以描述為下述示意圖：