[发明专利]锂离子电池负极水性粘结剂

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极水性粘结剂，要解决的问题是提高粘接剂的粘结强度、分散性能，提高锂离子电池负极电性能。本发明的锂离子电池负极水性粘结剂，按质量百分比，由以下物质组成：亲水单体15.0～45.0％，疏水单体40.0～75.0％，功能性单体0.5～5.0％，反应型表面活性剂1.0～9.0％，引发剂0.1～4.0％，交联剂0.1～3.0％，链转移剂：0.1～0.8％。本发明与现有技术相比，以水为分散剂，采用亲水单体、疏水单体和功能性单体合成锂离子电池负极水性粘结剂，提高粘接剂的粘结强度，具备加碱增稠分散性的特性，同时特殊化学及物理交联结构可抑制极片的溶胀，用于锂离子电池负极具有浆料加工方便、性能稳定、高剥离力、倍率及低温电性能优点，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池材料，特别是一种锂离子电池负极的粘结剂。

背景技术

锂离子电池(锂电池，电池)是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，是二次电池中能量密度最高、综合性能最好的电池，其市场份额自诞生之日起便逐年提升。与其他充电电池相比，锂离子电池具有高能量密度、高电压、储存寿命长、工作温度范围宽、无记忆效应的优点。锂离子电池已经占据了如手机、笔记本电脑消费电子类产品电池的主要市场，随着科学技术的发展以及人民物质文化生活水平的提高，人们对电池的需求量越来越大，对电池的性能的要求也越来越高，锂离子电池生产工艺和性能将进一步提升，占据储能电池、动力电池领域的主要市场，是21世纪最具发展前景的理想能源。

电池在不同的领域对电性能的要求不同，高倍率锂离子电池具有快速充放电的特性，市场对于高倍率锂离子电池也越来越青睐，特别是在新能源汽车领域；此外，对低温性能的需求也较高，按《GB/T31486-2015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》，电动汽车用动力蓄电池电性能及试验，要求电池模块低温下的性能为：在-20±2℃下的1C放电容量不低于初始容量的70％。负极材料是影响电池倍率和低温性能的关键因素，粘结剂作为负极材料的主要组分之一，可以将活性物质和导电剂粘结在集流体上，在电池制备过程中其用量虽然不多，对电性能具有重要的作用，高电性能的锂离子电池需要高性能的粘结剂材料与之匹配。

市场上用于锂离子电池电极材料的粘结剂主要有油系聚偏氟乙烯PVDF、水系丁苯橡胶SBR与羧甲基纤维素钠CMC。PVDF使用时需要N-甲基吡咯烷酮NMP溶解，NMP溶剂挥发会污染环境；PVDF极易水解，在极片制备过程中需要严格控制水分，大大增加了电池的制作成本；在高温条件下PVDF粘结剂电化学稳定性显著降低，C-F高温分解导致电极内副反应发生，同时高温下PVDF易于被电解液溶胀。此外，PVDF的电子和离子导电性差。水性的CMC+SBR由于环境友好性，得到了广泛的应用，尤其应用在锂离子电池负极。但CMC+SBR存在较多的不足：打胶时间长、粘结强度低。

为此，中国专利申请号201810593323.4公开了一种锂离子电池负极水性粘结剂，通过改性海藻酸钠，可减少粘结体系团聚的发生，使其稳定分散，保持粘性，提高粘胶体系抑制膨胀。但粘结体系表现出硬脆的特性，在干燥后压实和卷绕过程中容易造成开裂和掉粉，影响极片质量，会降低电芯电性能。

中国专利申请号201810526412.7公开了一种锂电池负极水性粘结剂及制备方法、电极片制备方法，由1.5％-15％丙烯酸(盐)或丙烯酰胺与0.1％-10％单体、0.001％-1％引发剂在60％-98％的溶剂中共聚得到，具有好的工艺适应性，锂电池负极用水性粘结剂粘结能力强，循环性能稳定和容量高。但所使用溶剂大多为有机溶剂，对环境不友好，且倍率、低温电性能没有表征对比，存在应用局限性。

中国专利申请号201810488420.7公开了一种锂离子电池负极水系粘结组合物剂及其制备工艺，采用亲水性单体、亲油性单体及不饱和碳链在表面活性剂(乳化剂)的作用下聚合而成，改进了乳液的电性能和粘结强度，提供乳液优异的延流特性，提高了粘结剂在负极表层的包覆率，使负极材料的微观有效粘结位增加，减少锂离子二次电池负极粘结剂使用量，同等情况下提升了机械粘结强度，但此技术方案使用的是游离小分子乳化剂，对电池性能有较大负面影响。