[發(fā)明專利]三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑及其在鋰離子電池中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010004798.2
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111180733B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧永紅;鄭培濤;易歡;向書槐;王朝陽
• 申請（專利權(quán)）人: 南方科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 張海平;彭家恩

本發(fā)明提供一種三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑，包含水性聚合物乳液、水溶性聚合物和交聯(lián)劑，其中水性聚合物乳液占5?50wt％，水溶性聚合物占94.5?50wt％，交聯(lián)劑占0.5?10wt％。該三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑由交聯(lián)劑將水性聚合物乳液和水溶性聚合物交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)型分子結(jié)構(gòu)而制成。水性聚合物乳液為水性聚氨酯乳液或乙酸乙烯酯水性共聚乳液。本發(fā)明還提供由該三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑制成的負(fù)極及包含該負(fù)極的鋰離子電池。水溶性聚合物對負(fù)極材料具有較強(qiáng)的粘接力，水性聚合物乳液賦予聚合物粘結(jié)劑一定的彈性，交聯(lián)劑賦予粘結(jié)劑三維的分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)粘結(jié)劑的韌性，可緩沖電池充放電過程中活性物質(zhì)體積變化對電極片結(jié)構(gòu)的破壞，保持鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源與新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑、包含該三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑的鋰離子電池負(fù)極以及包含該鋰離子電池負(fù)極的鋰離子電池。

背景技術(shù)

粘結(jié)劑是鋰離子電池中重要的輔助功能材料之一，是整個(gè)電池電極力學(xué)性能的主要來源，對電極的生產(chǎn)工藝和電池的電化學(xué)性能有著重要的影響。鋰離子電池用粘結(jié)劑為高分子膠粘劑，分為非水性粘結(jié)劑和水性粘結(jié)劑。非水性粘結(jié)劑主要為聚偏氟乙烯(PVDF)，在漿料制備過程中需使用毒性有機(jī)溶劑(例如N-甲基吡咯烷酮)，不利于環(huán)保型鋰離子電池的開發(fā)。且PVDF與電極活性材料之間的粘接力差，難以有效抑制活性材料在充放電過程中因體積變化而導(dǎo)致的電極材料開裂、粉化、脫落等問題，導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性差。水性粘結(jié)劑主要有丙烯酸共聚物、海藻酸鈉、羧甲基纖維素-丁苯橡膠復(fù)合物等。丙烯酸共聚物、海藻酸鈉、羧甲基纖維素等分子鏈上含有大量的羧基等極性官能團(tuán)，可與活性物質(zhì)產(chǎn)生較強(qiáng)的分子間作用力，因此對活性物質(zhì)具有較好的粘接力。而且，水性粘結(jié)劑的制備不需要使用毒性有機(jī)溶劑，提高了鋰離子電池的環(huán)保性。然而，水性粘結(jié)劑性質(zhì)較硬，由此制成的電極片在活性材料體積變化時(shí)表面容易發(fā)生開裂、粉化等現(xiàn)象，同樣導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的包含水溶性粘結(jié)劑的鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性不足的問題，開發(fā)一種新型的水溶性粘結(jié)劑，在保持對活性物質(zhì)具有較好的粘接力的同時(shí)，可以提高鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性，本發(fā)明的另一個(gè)目的是開發(fā)循環(huán)穩(wěn)定性提高的環(huán)保型鋰離子電池。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

在第一方面，本發(fā)明提供一種三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑，該三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑包含水性聚合物乳液、水溶性聚合物和交聯(lián)劑，以該三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑的總重量計(jì)，該水性聚合物乳液占5-50wt％，該水溶性聚合物占94.5-50wt％，該交聯(lián)劑占0.5-10wt％，該三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑由該交聯(lián)劑將該水性聚合物乳液和該水溶性聚合物交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)型分子結(jié)構(gòu)而制成。

進(jìn)一步地，該水性聚合物乳液為水性聚氨酯乳液或乙酸乙烯酯水性共聚乳液。

進(jìn)一步地，該水溶性聚合物為聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、果膠、卡拉膠、阿拉伯糖、透明質(zhì)酸、羧基化殼聚糖、聚乙烯亞胺和聚乙烯醇中的一種或多種的組合。

進(jìn)一步地，該交聯(lián)劑為無機(jī)交聯(lián)劑或有機(jī)交聯(lián)劑。還進(jìn)一步地，無機(jī)交聯(lián)劑為無機(jī)金屬陽離子Cu²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Al³⁺中的一種或多種的組合，有機(jī)交聯(lián)劑為有機(jī)過氧化物交聯(lián)劑(例如過氧化二異丙苯)、硅烷偶聯(lián)劑(例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種的組合。

該三維網(wǎng)絡(luò)水性復(fù)合粘結(jié)劑可通過將該水性聚合物乳液和該水溶性聚合物按所述的重量比例混合，然后按所述重量比例加入該交聯(lián)劑，混合均勻，使該水性聚合物乳液和該水溶性聚合物交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)型分子結(jié)構(gòu)而制成。