[发明专利]锂离子电池用水性粘合剂、制备方法及锂离子电池正极片

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用粘合剂及其制造方法，属于电池等储能器件制造领域。

背景技术

锂离子电池具有其它电池不可比拟的优点：能量密度高、寿命长、体积小、无污染，广泛用于电动车辆、航天航空、通讯设备以及各类便携式电器，是最理想的移动电源。

锂离子电池主要由正电极、负电极、隔膜和非水电解液等组成；正、负电极由电活性材料、导电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。锂离子电池电极材料粘合剂主要有两大类，一是目前应用最多的含氟聚合物溶剂型粘合剂；二是以LA132、SBR为代表的水性粘合剂。

以含氟烯烃聚合物溶液为锂离子电池正负极电极材料的粘合剂，有两个明显的缺点：1.在电极制作过程溶剂的挥发，易对环境产生污染，并对操作人员的健康有较大的危害；2.大大增加了锂离子电池的生产成本，溶剂必需用特殊的冷冻设备收集并加以处理，含氟聚合物及其溶剂价格昂贵。

SBR水性粘合剂以水为粉体材料的分散介质，它对环境友好、无污染，对生产操作人员无危害。但SBR水性粘合剂由于材料组份的化学特性的限制，它只能作为锂离子电池负极粉体材料的粘合剂。

LA132水性粘合剂(ZL01108511.8，ZL01108524.X)可作为锂离子电池正负极粉体材料的粘合剂，用它制作的锂离子电池具有优良的电性能。但在正极中使用它存在如下缺点：1.正极压实密度偏低，即在极片重量相同的情况下，极片厚度较大，降低了锂离子电池的体积能量密度；2.极片干燥后较脆、柔软性差，在电池制作过程中极片容易折断，降低电池生产的成品率。

到目前为止，尚没有一种较理想的用于锂离子电池正极粉体材料的水性粘合剂。

发明内容

本发明的目的在于：用聚合物改性的方法，制备新型的低成本、零污染的水性粘合剂，克服上述锂离子电池正极用粘合剂的缺陷，提高锂离子电池的质量。

本发明的锂离子电池用水性粘合剂，以聚乙烯醇或其缩醛衍生物为主体聚合物，以两种或两种以上不同极性的单体作为接枝共聚单体，在水介质中接枝改性后形成的水性聚合物乳液，即可作为电极材料粘合剂。

其中，主体聚合物和接枝共聚单体的重量比为30～95∶5～70，优选50～70∶50～30。粘合剂外观特征为乳液状，固含量5～40％，粘度为200～20000厘泊(40℃)。

所述的主体聚合物为水溶性的聚乙烯醇或其缩醛化衍生物，聚乙烯醇(或其缩醛衍生物)聚合度为1700～2400之间，水解度50～99。

所述的接枝共聚单体是结构式为CHR¹＝CR²R³的两种或两种以上不同极性的烯烃，其中，R¹＝-H或-CH₃；R²＝-H、-CH₃或-COOLi；R³＝-COOLi、-CONH₂、-CONHCH₃、-C₆H₅、-OCOCH₃、-COOCH₂CH₂CH₂CH₃、-COOCH₂CH(CH₂CH₃)CH₂CH₂CH₂CH₃或-CN。

所述的接枝共聚单体还可以是上述烯烃中的至少一种与环氧基烷烃的组合。

本发明的锂离子电池电极材料水性粘合剂的制备方法是：先将聚乙烯醇或其缩醛衍生物与作为分散介质的蒸馏水一起置于反应容器中，边加热边搅拌至完全溶解；再将接枝共聚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；调节温度并恒温至30～90℃；加引发剂引发接枝，接枝共聚单体的剩余部分和补加的引发剂在反应过程中滴加或分次加入，聚合反应时间为5～30小时，反应结束后真空抽除残余单体，便得到锂离子电池电极材料水性粘合剂。

本发明的锂离子电池正极材料水性粘合剂，其粘合性能、电化学性能等，按本行业技术人员均熟悉的锂离子电池生产工艺制作锂离子电池电极片并组装成铝塑膜软包装电池进行充放电测试考察，结果显示，由本发明的锂离子电池用水性粘合剂制备的正极压实密度较高，提高了锂离子电池的体积能量密度；同时，极片干燥后柔软性良好，利于电池制作，提高了电池生产的成品率。