[发明专利]接枝共聚物水性粘合剂及制备方法和在硅炭负极中的应用

说明书

本发明涉及一种锂离子电池用水性粘合剂，具体涉及一种接枝共聚物水性粘合剂及制备方法和在硅炭负极中的应用。本发明解决的技术问题是提供一种接枝共聚物水性粘合剂。该粘合剂包含由聚乙烯醇和有机单体接枝共聚的接枝共聚物。本发明采用辐照接枝技术，接枝特定的支链结构，其制备方法简单，安全环保，得到的粘合剂具有优良的粘接力可以降低负极中粘合剂用量，提高电池能量密度；并能够适应电池电极高速涂布工艺使用要求，有利于提高生产效率，降低生产成本。由于粘合剂是一种支链型接枝共聚物，具有优良的柔韧性，作为硅炭负极的粘合剂能够克服材料体积变化对电极粘接结构的影响，以及具有较高的离子导电性，提高了电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用水性粘合剂，具体涉及一种接枝共聚物水性粘合剂及制备方法和在硅炭负极中的应用。

背景技术

粘合剂是化学电源正负极的重要组成部分，对电极乃至整个电池的性能如容量、循环寿命、内阻、快速充电时的电压等都有很大的影响。

目前商业化锂离子电池制造电极所使用的粘合剂主要有两大类，一是聚偏氟乙烯(PVDF)以N-甲基-吡咯烷酮(NMP)为溶剂的正极粘合剂；二是以LA132、丁苯乳液(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)配合使用的负极水性粘合剂。

锂离子电池以LA132、丁苯乳液(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)为粘合剂的石墨电极，其理论比容量仅为372mAh/g，无法满足新一代高容量锂离子电池的发展需求。硅具有高的理论储锂容量(4200mAh/g)是最有潜力取代石墨的新型锂离子电池负极材料之一。然而，硅及硅炭复合材料在充放电过程中表现出巨大的体积变化，易导致材料颗粒的粉化和电极内部导电网络的破坏。LA132、SBR作为硅及硅炭复合材料粘合剂，由于LA132、SBR材料的力学特性无法抑制因硅及硅炭复合材料体积变化对于负极电化学性能的影响。发展以硅及硅炭复合材料为负极的高比能量锂离子电池，需开发一种能适用于硅炭复合材料的水性粘合剂。

硅炭负极在电池中应用需解决的是硅炭体积膨胀造成电池性能恶化的技术难题。硅炭负极对粘接剂提出了更高的性能要求，它不但对负极粉体及集电体具备更强的粘接强度外，而且还要具备在材料体积膨胀-收缩变化过程中保持负极微结构的稳定性。因此，在硅炭负极中应用的粘接剂不仅要有优良的粘接力外，还需具有在电解液浸渍环境中保持优良的弹性回复性能。

SBR属于橡胶弹性体。在电池中SBR易吸收电解液，导致具有较大的溶胀度。溶胀后的SBR所呈现的力学性能为机械强度低、永久形变大的塑化橡胶体。作为硅炭负极粘接剂，SBR在硅炭材料体积膨胀-收缩变化过程中，因机械强度低、永久形变大、缺乏弹性恢复力，无法稳定极片微结构，因而不能满足硅炭负极所需的使用性能要求。

LA132在电解液浸渍环境中溶胀度低，对负极粉体与集电体粘接力强。但由于LA132胶的聚合物分子链属于刚性结构，在力学性能上显现硬脆力学特性，缺乏弹性形变量。使用LA132的硅炭负极，在电池充放电过程中易导致负极涂层粘接网络的脆性破坏，从而造成电池性能下降。

专利CN106207184A公开了一种锂离子电池用水性粘合剂及其制备方法和用途，采用改性聚乙烯醇为分散剂，与丙烯酸酯类单体、不饱和羧酸类单体、乙烯基烃类单体等共聚得到粘合剂。改性聚乙烯醇在粘合剂中作分散剂作用，主要成份是丙烯酸酯类与乙烯基烃类单体。识为乳液状，该粘合剂的性能与市售SBR相当。

发明内容

针对现有锂离子电池水性粘合剂在硅炭负极应用的缺陷，本发明提供一种用于硅炭负极的水性粘合剂及其制备方法，该粘合剂具有优良弹性形变与较高离子导电性。

本发明解决的第一个技术问题是提供一种接枝共聚物水性粘合剂。

本发明接枝共聚物水性粘合剂，包含由聚乙烯醇和有机单体接枝共聚的接枝共聚物，有机单体含有烯键，且有机单体包括第1单体，第1单体中含有磺酸基。