[发明专利]锂离子二次电池电极材料水性粘合剂及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子二次电池电极材料粘合剂及其制造方法，更具体地说，涉及用于锂离子二次电池电极活性材料，包括钴、镍、锰类正极和各种碳素负极材料的水性粘合剂，亦涉及其制造方法与使用该粘合剂的锂离子二次电池。

锂离子二次电池是近十年来才开发和发展起来的一种新型可充电的理想高比能电池，广泛用于电动车辆、航空航天、便携式电器例如移动电话、手提电脑、摄像机、照相机、文字处理器等；该电池主要由正电极、负电极、隔膜和非水电解液等组成；正、负电极一般由粉状电活性材料，即锂过渡金属氧化物正极材料或碳素负极材料、粘合剂、导电添加剂和集电体组成。制备方法是把电活性材料、导电添加剂与粘合剂溶液混合研磨均匀成为浆料，涂布于作为集电体的铜箔、铝箔上，经干燥，碾压等工艺处理而成。目前应用最多的粘合剂是含氟聚合物粘合剂。

例如：采用聚偏氟乙烯(PVDF)、聚(偏氟乙烯—六氟丙烯)的N-甲基吡咯烷酮溶液为粘合剂、锂镍氧化物为活性物质和导电剂，按一定比例通过高速搅拌成浆料，涂布于铝箔上，经干燥后碾压制得片状电极坯料，最后经200℃加热处理1小时而得到正极电极片成品(JP7220722)；以含氟烯烃聚合物，如含聚偏氟乙烯的溶液为粘合剂、KETJEN炭素为活性材料制造锂离子电池碳素负极片的专利(JP778056，JP878057)。

以含氟烯烃聚合物为锂离子电池电极材料的粘合剂，在制作过程粘合剂中溶剂的挥发既污染环境，又危害操作人员的健康。另外含氟聚合物的溶剂其价格昂贵，无疑增加了锂离子电池的生产成本。

为了解决上述问题，人们也研究与开发了锂离子电池水性粘合剂，如丙烯酸—苯乙烯聚合物、丙烯酸—硅氧聚合物、苯乙烯—丙烯酸酯聚合物(JP2000294230)；苯乙烯—丁二烯聚合物(JP2000106198)、丁二烯—丙烯腈聚合物(EP100905)等水性聚合物胶乳。这类聚合物胶乳因存在较多的乳化剂，在不同程度上对电池性能产生一定的影响，另外这类聚合物胶乳其粘度偏低，在制备的负极浆料及涂膜工艺过程则是不利的因素。上述水性粘合剂在工业生产上无便用价值。

本发明的目的在于提供一种新的聚合反应体系，用于合成出对锂离子二次电池电极材料和集电体具有良好粘合性的水性粘合剂；代替目前锂离子电池制造工业中普遍使用的含氟聚合物等溶剂型粘合剂，以解决有机溶剂对环境的污染和保护生产人员的身体健康。

本发明的用于聚合反应的单体，一类为亲水性单体，一类为亲油性单体。所合成的锂离子电池正、负极材料的水性粘合剂，外观特征为半透明或乳液状，粘度为200-16000厘泊，固含量为5-40％。

本发明的水性粘合剂技术特征：

1.本发明水性粘合剂中不含有增稠剂。(如羟甲基纤维素钠CMC，聚乙烯醇PVA等)，在使用中不需加入上述增稠剂。

2.本发明水性粘合剂不含有或含有小于＜0.3％的离子型乳化剂。

3.本发明水性粘合剂所制备的锂离子电池正负极极片，正负极活性物质层与金属集电体粘合性优良。

4.使用本发明粘合剂的锂离子电池的负极极片在电解质溶液中浸泡不溶胀，不脱落能长期保持电极片的尺寸稳定性。

5.使用本发明粘合剂的锂离子电池具有内阻小、极化低、电池容量高，及负极活性物质的利用率高等特征。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

先将一种、两种或多种亲水性单体、助剂与分散介质一起置于反应器中搅拌混合和溶解，搅拌速度为60-300转/分；再将纯的一种、两种或多种亲油性单体的部分或全部加入反应器的溶液中，通入高纯氮气驱氧0.5-2小时；然后加热升温至预定温度并恒温，恒温范围为30-80℃；加引发体系开始聚合，聚合反应时间为3-24小时，反应结束后便得到锂离子二次电池电极材料水性粘合剂。