一种锂电池用水性粘结剂及其制备方法、锂电池极片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锂电池用水性粘结剂及其制备方法、锂电池极片。
【背景技术】
[0002] 锂电池自商业化以来，由于其具有高容量、循环次数多、无记忆效应、能量密度高、 循环寿命长、绿色环保、使用温度范围宽、高倍率性及安全性等性能被广泛的应用到智能手 机、平板电脑、蓝牙耳机、电动自行车和电动汽车等。随着科技的发展，人们对锂电池的能 量密度的要求越来越高。目前，锂电池负极材料石墨的容量利用率基本上已到达其上限值 (372mAh/g)，需要利用更高比容量的负极材料如硅基材料才能实现，但硅材料由其本身的 物理化学特性，其在充放电时体积膨胀较大，进而影响电池的循环性能的稳定性。而高粘结 强度的粘结剂是解决能量密度的有效手段，一方面降低粘结剂的用量以提高活性物质的含 量，进而提高能量密度，另一方面高强度的粘结性能可有效抑制材料在充放电过程中的体 积膨胀，进而提高能量密度。
[0003] 目前，市场上用于锂电池电极材料的粘结剂主要有聚偏氟乙烯（PVDF)和丁苯橡 胶（SBR)/羧甲基纤维素钠（CMC)等。PVDF使用时需加入N-甲基吡咯烷酮（NMP)溶解后再 配置成浆料，在制作成极片的过程中，溶剂的挥发既污染环境又危害工作人员的健康，并且 粘结力和柔软性都较差，抑制极片膨胀的效果也非常有限，提高电池的容量及倍率特性比 较困难，另外PVDF及其溶剂价格较高，增加了锂电池的成本。SBR/CMC水性粘结剂在市场上 有大规模应用，但其粘结力和抑制极片膨胀的效果均有限，同时价格稍高，故使用时在一定 范围内受到限制。
【发明内容】
[0004] 本发明主要解决的技术问题是如何提供一种锂电池用水性粘结剂及其制备方法、 锂电池极片，解决现有锂电池粘结剂在溶剂挥发时对环境的污染和对工作人员健康的危 害，减少粘结剂用量的同时还能有效抑制锂电池极片膨胀。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锂电池用水性 粘结剂，所述锂电池用水性粘结剂为以聚乙烯醇为乳化剂，单体混合物聚合而成的水性粘 结剂，所述单体混合物至少包括苯乙烯以及第一单体，所述第一单体为具有如下结构的单 体中的至少一种：CHR1 = CR2R3 ;其中，R1 为-H 或-CH3, R2 为-H 或-CH3, R3 为-C00CH3或-C00CH2CH3或-cooch 2CH2CH2CH3或-cooch 2ch(ch2ch3) ch2ch2ch2ch3。
[0006] 其中，所述单体混合物还包括第二单体，所述第二单体为具有如下结构的单体中 的至少一种：CHR1 = CR2R3 ;其中，R1 为-H或-CH3;R2 为-H或-CH3;R3 为-C00H或-CH2C00H 或-conh2。
[0007] 其中，所述单体混合物中所述苯乙烯、所述第一单体以及所述第二单体的质量比 为 5 ~50:65 ~40:35 ~0。
[0008] 其中，所述聚乙烯醇质量为所述单体混合物质量的0. 1~50%。
[0009] 其中，所述聚乙烯醇分子量为10000~200000。
[0010] 其中，所述锂电池用水性粘结剂的粘度为50~5000mPa. s。
[0011] 其中，所述锂电池用水性粘结剂的固含量为15~50%。
[0012] 为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种锂电池用水 性粘结剂的制备方法，所述制备方法包括：以聚乙烯醇作为乳化剂，将聚乙烯醇溶于水 中，在第一搅拌状态下搅拌至全部溶解以形成聚乙烯醇溶液；往所述聚乙烯醇溶液中加 入引发剂，混合均匀得到混合溶液；往所述混合溶液中逐滴加入单体混合物，所述单体 混合物至少包括苯乙烯与第一单体，所述第一单体为具有如下结构的单体中的至少一 种：CHR1 = CR2R3 ;其中，R1 为-H 或-CH3, R2 为-H 或-CH3, R3 为-(：00013或-C00CH 2CH3或-C00CH2CH2CH2CH3S -C00CH2CH (CH2CH3) CH2CH2CH2CH3;待所述单体混合物全部滴加完毕，在 第二搅拌状态下持续搅拌至充分反应，得到所述锂电池用水性粘结剂。
[0013] 其中，所述单体混合物还包括第二单体，所述第二单体为具有如下结构的单体中 的至少一种：CHR1 = CR2R3 ;其中，R1 为-H或-CH3;R2 为-H或-CH3;R3 为-C00H或-CH2C00H 或-conh2。
[0014] 其中，所述单体混合物中所述苯乙烯、所述第一单体以及所述第二单体的质量比 为 5 ~50:65 ~40:35 ~0。
[0015] 其中，所述聚乙烯醇质量为所述单体混合物质量的0. 1~50%。
[0016] 其中，所述第一搅拌状态为：搅拌温度为40~95°C，搅拌速度为100~500转/ 分，搅拌时间为1~6小时；所述单体混合物的滴加时间为1~6小时；所述第二搅拌状态 为：搅拌温度为50~90°C，搅拌速度为100~500转/分，搅拌时间为1~10小时。
[0017] 其中，所述方法还包括：将得到的所述锂电池用水性粘结剂过100~400目滤布。
[0018] 其中，所述方法还包括：在所述第一搅拌状态下搅拌的过程中，往所述聚乙烯醇溶 液中通入保护性气体驱氧，其中，所述驱氧时间为〇. 5~2. 5小时。
[0019] 其中，所述保护性气体为氮气以及氩气中的至少一种。
[0020] 其中，所述引发剂的加入量为所述单体混合物质量的0. 2~2%。
[0021 ] 其中，所述引发剂为过硫酸铵以及偶氮二异丁基脒盐酸盐中的至少一种。
[0022] 其中，所述聚乙烯醇分子量为10000~200000。
[0023] 为解决上述技术问题，本发明提供的还有一种技术方案是：提供一种锂电池极片， 所述锂电池极片由上述所述的锂电池用水性粘结剂与锂电池电极材料混合得到的浆料，经 涂布并烘干制得，其中，所述锂电池用水性粘结剂为所述浆料总质量的1~5%。
[0024] 其中，所述锂电池用水性粘结剂为所述浆料总质量的1~2. 5%。
[0025] 本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明以聚乙烯醇为乳化剂，苯 乙烯及第一单体的单体混合物聚合而得到锂电池用水性粘结剂，其中，第一单体为具有如 下结构的单体中的至少一种：CHR1 = CR2R3 ;其中，R1为-H或-CH3, R2为-H或-CH3, R3 为-C00CH3或-C00CH 2CH3或-C00CH 2CH2CH2CH3或-C00CH 2CH (CH2CH3) CH2CH2CH2CH3。通过这样 的方式，得到的锂电池用水性粘结剂安全环保，粘结力强，用该水性粘结剂制作的锂电池极 片在充放电过程中不会出现"掉料"现象，并可以有效抑制石墨负极类材料的极片膨胀。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例提供的锂电池用水性粘结剂的制备方法的流程图；
[0027] 图2是本发明实施例一制备得到的水性粘结剂的电镜扫描图；
[0028] 图3是以改性石墨为负极材料，本发明实施例一至八、对比例一至三所制粘结剂 制备极片的剥离强度对比图
[0029] 图4是以改性石墨为负极材料，本发明实施例一至八、对比例一至三在4. 2V满充 电负极极片膨胀率对比图；
[0030] 图5是以硅碳为负极材料，本发明实施例一、对比例一至三在4. 2V满充电负极极 片膨胀率对比图。
【具体实施方式】
[0031] 以下，结合具体实施例以及附图对本发明进行详细说明，需要说明的是，以下本发 明实施例中所提到的具体物质，只是作为一种举例进行说明，并不以此为限，即相同条件 下，还可以用本发明实施例中所列举具体物质相似的其他物质来替代实现本发明的技术方 案，本发明不进行一一举例说明。本领域技术人员在不需要付出创造性劳动的情况下，采用 本发明实施例所列物质相似或者结构类似的其他物质来实现本发明，也属于本发明保护的 范围。
[0032] 本发明实施例提供一种锂电池用水性粘结剂，该锂电池水性粘结剂由以聚乙烯醇 为乳化剂，单体混合物聚合而成，其中，单体混合物至少包括苯乙烯以及第一单体，第一单 体为具有如下结构的单体中的