[发明专利]一种用于锂离子电池的水性粘结剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用水性粘结剂，由0.2％～9％含有双键的长链聚醚化合物、7％～11％乙烯基类单体、0.001％～1％引发剂、0.02％～2％乳化剂和余量水制成。采用本发明的方法制备的锂离子电池用水性粘结剂在较宽的温度范围内能保持高强度和高弹性，特别适用于电极的粘结，有效的提高了锂离子在电极中的传输能力。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的水性粘结剂及其制备方法。

背景技术

随着过去二三十年锂电池产业的快速增长，目前锂电池在消费电子领域几乎完全取代了其它二次电池，成为最重要的一类便携性储能装置。同时，随着锂电池技术在消费电子领域的发展和完善，生产规模的逐步扩展和成本不断降低，其应用领域也逐渐拓展到其它方向，如大规模储能装置、动力装置等。尤其是在电动汽车领域，由于环保要求和矿物能源的萎缩，加上锂电池储能技术的慢慢成熟，在技术和市场的双重助推下，可以预见在未来十年电动汽车将成为全球汽车产业的一个最大增长方向。

锂电池生产过程，是以树脂基的粘结剂，与正负极材料、导电剂等在介质中分别配制成浆料，然后分别涂布在各自集流体上，除去介质即得到极片，再通过一系列后续过程得到成品电池。由此可以看出，电极材料、导电剂等在介质中的分散效果、浆料的粘度、活性材料与集流体之间的粘结效果等，直接关系到电池最终的性能。而其中，粘结剂的性能直接关系到浆液的粘度、各组分的分散效果以及最终的粘结效果。因此，虽然粘结剂在电极成分中所占的比例较小(＜5％)，但却是非常重要的组成部分。

油溶性的聚偏氟乙烯(PVDF)最早作为粘结剂应用在锂电池中。虽然PVDF兼具粘结性、柔性、电化学稳定性以及耐电解液等优点，但由于其在制浆的过程中必须采用NMP等高沸点有机溶剂作为分散剂，在制浆、涂布和干燥过程中很容易泄漏并对环境和人体产生危害，同时也容易发生生产安全事故。

为了克服油性PVDF的缺陷，国内外的厂家和研究机构做了许多尝试，目前以SBR乳液与CMC为粘合剂体系的产业化最为成功，目前主要应用于负极极片的生产，已经基本上取代了PVDF。但目前锂电池用SBR的供应商以日本厂商为主，同时含有双键的SBR树脂在氧化性的正极中并不适用。

丙烯酸酯类乳液作为一种在粘合领域广泛应用的产品，在很早的时候就被研究者所关注，日本厂家在这方面布局较多，以苯乙烯、丁二烯、丙烯酸酯、丙烯腈等单体为原料的乳液都已经被关注。

国内厂家茵地乐生产的LA系列粘结剂(CN201610677774)，主要成分为丙烯酸酯-丙烯腈聚合物，该粘结剂具有粘结性能好、耐溶剂性佳的优点，目前在国内市场上占有一定份额。但由于该粘结剂的脆性非常大，在电极制备过程中容易发生开裂等现象，目前应用存在较大的局限。

随着电池技术的进步，新的电极材料的发明和应用，目前所使用的粘结剂体系将受到很大的挑战。例如作为下一代高性能负极的硅碳材料，由于充放电过程中较大的体积变化，要求粘结剂具有非常好的粘结能力和形变-恢复能力，以及和电极材料更高的结合力，甚至要求粘结剂参与保护活性材料。因此在硅碳负极中，PVDF粘结剂已经完全不适用，并且目前市面上的其他粘结剂也存在很大局限。另外，电池技术的发展要求大体积容量、大电流充放电等，这要求电池内部的阻抗越小越好，离子和电子的传输速度越快越好，因此能够充分分散电极的各组成部分、形成更好的电子通路，同时增加离子传输速度成为下一代电池粘结剂的要求。

发明内容

针对上述技术现状和发展方向，本发明提出了一种用于锂离子电池的水性粘结剂及其制备方法。

一种用于锂离子电池的水性粘结剂，由0.2％～9％含有双键的长链聚醚化合物、7％～11％乙烯基类单体、0.001％～1％引发剂、0.02％～2％乳化剂和余量水制成。

所述的含有双键的长链聚醚化合物，其结构可以描述为下述示意图：