[發明專利]用于鋰離子電池電極材料的聚丙烯酸酯類水性粘結劑、制備方法及鋰離子電池極片

有效

• 申請號: 201410587080.5
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104356979A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 黃書;任建國;岳敏;黃友元
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號: C09J133/02
• 分類號: C09J133/02;C09J133/08;C09J125/08;C09J133/10;C08F220/06;C08F220/16;C08F212/36;C08F212/08;C08F222/38;C08F220/56;C08F226/06;C08F216/12;H01
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯瀟瀟

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種鋰離子電池正極和負極材料水性粘結劑、制備方法及鋰離子電池極片。

背景技術

鋰離子電池由于其具有高容量、長壽命、循環次數多、無記憶效應、自放電少、綠色環保、使用溫度范圍寬、高倍率性及安全性等性能被廣泛的應用到手機、電腦、電動自行車和電動汽車等。而電池正極和負極極片在充放電過程中體積膨脹會影響鋰離子電池的性能。目前，降低極片膨脹率是研究的熱點之一，低膨脹石墨負極的開發很迫切，而粘結劑是解決石墨負極膨脹的有效手段。粘結劑其高分子結構的強大內聚力，可有效的抑制極片的膨脹效應，因此，粘結劑在低膨脹石墨開發中的作用尤其顯著。同時，硅基材料具有容量高、循環性能好和倍率性好等優點，但是其在充放電過程中體積膨脹較大又使其應用受到限制，同樣可通過粘結劑其特殊的高分子結構而起到抑制膨脹的作用。因此，制備一種用量少、粘結力強并能有效抑制極片膨脹特別是石墨負極和硅基材料膨脹的粘結劑不僅是未來的發展趨勢，更是市場的迫切需求。

目前，市場上主要用于鋰離子電池電極材料的粘結劑主要有聚偏氟乙烯(PVDF)和丁苯橡膠(SBR)/羧甲基纖維素鈉(CMC)等。PVDF在使用時需加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解后再配置成漿料，在制作成極片的過程中，溶劑的揮發即污染環境又危害工作人員的健康，并且粘結力和柔軟性都較差，抑制極片膨脹的效果也非常有限，提高電池的容量及倍率特性比較困難，另外PVDF及其溶劑價格較高，增加了鋰離子電池的成本。SBR/CMC水性粘結劑在市場上有大規模應用，但由于其自身原因很難應用于正極極片的制備，同時價格稍高，故使用時在一定范圍內受到限制。

CN?101457131B公開了一種鋰離子電池電極材料用水性粘結劑及其制備方法，該材料由低極性聚合物為核芯，高極性聚合物為殼層，形成內軟外硬的核殼結構的水性粘結劑，但是由于殼層極性較高，該水性粘合劑柔韌性不足，目前尚無大規模使用。

因此，開發一種安全環保，正極、負極材料均可使用，制備成極片后加工性能和電性能優良，用量少、成本低且可有效抑制石墨負極和硅碳材料膨脹效應的水性粘結劑是所屬領域的技術難點。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種用于鋰離子電池電極材料的聚丙烯酸酯類水性粘結劑，所述水性粘結劑安全環保，解決了聚偏氟乙烯(PVDF)等溶劑型粘結劑在溶劑揮發時對環境的污染和對工作人員健康的危害，并且柔軟性可調節，粘結力強，用量少，成本低。

為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種用于鋰離子電池電極材料的聚丙烯酸酯類水性粘結劑，其分子鏈段由親水性鏈段和親油性鏈段兩部分組成，并經交聯劑交聯形成空間網狀結構。

該粘結劑為空間網狀結構的高分子彈性體，用其制備的電極極片力學性能好，不會在充放電時出現極片“掉料”的現象，對鋰離子電池正、負極電極材料均具有較好的粘結性能。并且，由于其為交聯結構，其內聚力更大，強大的內聚力可有效的抑制極片的膨脹效應，用于石墨負極和硅基材料中，抑制膨脹效果顯著。

根據本發明，所述水性粘結劑由單體聚合而成，分為親水性單體和親油性單體，并經交聯劑交聯而成。水性粘結劑中不含乳化劑，可用于鋰離子電池正、負極材料中。

根據本發明，所述水性粘結劑由無皂乳液聚合方法聚合而成。本發明采用無皂乳液聚合方法，其不含乳化劑，所制備的乳膠粒子表面比較潔凈，乳液穩定。

根據本發明，形成親水性鏈段的親水性單體為具有如下結構的單體中任意一種或者至少兩種的組合：CHR₁＝CHR₂；

其中，R₁為-H、-CH₃或-COOLi；R₂為-H、-CH₃、-COOLi、-CH₂COOLi或-CONH₂。

根據本發明，形成親油性鏈段的親油性單體為具有如下結構的單體中的任意一種或者至少兩種的組合：CHR1＝CR2R3；