一种锂离子电池用导电型高粘结强度水性粘结剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种裡离子电池用导电型高粘结强度水性粘结剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着社会经济飞速发展，能源作为最基本的动力源得到了更加广泛的应用与需 求。而动力电池则是其中的一个关键研发部分。裡离子电池由其具有容量高、循环次数多、 储电量大、体积小、能量密度高、循环寿命长、绿色环保、使用溫度范围宽及安全性等性能被 广泛的应用到航空、航天、平板电脑、电动自行车和电动汽车等。但裡离子电池作为动力电 池在电动汽车中取得实际应用仍存在安全性、大倍率充放电性能、循环寿命等问题。粘结剂 是裡离子电池正负极的重要组成部分，是用于粘结电极活性物质于集流体上的高分子化合 物。其主要作用是粘结和保持电极活性物质，稳定极片结构，W缓冲充放电过程中极片的膨 胀/收缩，也直接影响着电池的性能。粘结剂由其高分子结构本身所导致的导电性较差，故 在使用时若用量较大则电阻较大，影响容量和倍率等性能；若用量较少则会脱粉、循环性能 差等情况。此外电池正极和负极极片在充放电过程中体积膨胀会影响裡离子电池的性能。 极片膨胀率在实际生产中对电池尺寸（厚度）有影响，设计电池时需要考虑，W免入壳困 难、电池超厚。因此，制备一种导电性好并能提高电池的循环性能、容量、降低内阻、提高循 环寿命和极片膨胀率的水性粘结剂不仅是未来的发展趋势，更是市场的迫切需求。
[0003] 目前，市场上用于裡离子电池电极材料的粘结剂主要有聚偏氣乙締（PVD巧和下 苯橡胶（SBR)/簇甲基纤维素钢（CMC)等。PVDF使用时需加入N-甲基化咯烧酬（NI巧溶解 后再配置成浆料，溶剂的挥发即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，虽然该粘结剂具有较好的稳定性，但其离子电导率 较低，电极材料的内阻较大，尤其是当裡离子电池在大电流充放电下，电解质盐极化增强， 极化电阻增加，裡离子脱出受阻，放电电压迅速下降，从而限制了裡离子电池在大电流充放 电下充放电容量的保持和能量密度的提高，另外PVDF其溶剂价格较高，增加了裡离子电池 的成本。SBR/CMC水性粘结剂在市场上有大规模应用，但其导电性等未有较大改善，同时价 格稍高，故使用时在一定范围内受到限制。
[0004] 因此，开发一种安全环保，正极、负极材料均可使用，制备成极片后加工性能和电 性能优良，用量少、成本低、粘结强度高且导电性好的水性粘结剂是所属领域的技术难点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要解决水性粘结剂粘结强度低、抑制极片膨胀的效果差W及导电 性能差的问题，提供一种裡离子电池用导电型高粘结强度水性粘结剂的制备方法。
[0006] 本发明一种裡离子电池用导电型高粘结强度水性粘结剂的制备方法，包括W下步 骤：
[0007] 将亲水性单体加入去离子水中，在40~95°C的条件下，揽拌速度为100~500转 /分，揽拌至溶解，通入保护气体驱氧0. 5~化，再加入占单体总质量0.2~2%的引发剂， 然后滴加由苯乙締和亲油性单体A组成的混合单体，再加入占单体总质量0.Ol~5%的交 联剂，然后继续揽拌1~化，反应后减压除去残余单体，过100~400目滤布，即得固含量为 15~50%、粘度为50~1000 OmPa.S的导电型高粘结强度水性粘结剂；其中导电型高粘结 强度水性粘结剂的分子链段由亲水性链段和亲油性链段两部分组成，且分子链段经交联剂 交联而成的空间网状结构；其中所述的单体总质量是指亲水单体和混合单体的质量之和。
[0008] 本发明将亲水性单体和亲油性单体分开加入，W便乳液稳定合成，有利于工艺稳 定及更好地控制粘结剂的结构。本发明的交联型离聚物水性粘结剂，其结构中含Li+可提 高粘结剂的导电性，降低了内阻，提高了大电流充放电下的电池容量和电池充放电循环的 倍率，由于其为交联结构，其内聚力更大，强大的内聚力可有效的抑制极片的膨胀效应，用 于石墨负极和娃基材料中，抑制膨胀效果显著，苯乙締结构中苯环可形成键，提高聚 合物间作用力，同时不同締基单体中含有-COO-共价键，可增强与活性物质颗粒表面的作 用力，能够更好地包裹在活性物质颗粒的表面，进而提高粘结性并抑制活性物质在嵌裡时 的体积膨胀，对裡离子电池正、负极电极材料均具有较好的粘结性能，电化学性能稳定。
[0009] 本发明通过选择特定的亲水单体、亲油单体和制备方法相结合，制备的导电型高 粘结强度水性粘结剂的负极极片剥离强度可达到5. 50855mN/mm，内阻为20mQ，极片膨胀 率9%，说明本发明导电型高粘结强度水性粘结剂的粘结强度高、导电性能好和抑制极片膨 胀的效果好。
【具体实施方式】
[0010]
【具体实施方式】一：本实施方式一种裡离子电池用导电型高粘结强度水性粘结剂的 制备方法，包括W下步骤： W11] 将亲水性单体加入去离子水中，在40~95°C的条件下，揽拌速度为100~500转 /分，揽拌至溶解，通入保护气体驱氧0. 5~化，再加入占单体总质量0.2~2%的引发剂， 然后滴加由苯乙締和亲油性单体A组成的混合单体，再加入占单体总质量0.Ol~5%的交 联剂，然后继续揽拌1~化，反应后减压除去残余单体，过100~400目滤布，即得固含量为 15~50%、粘度为50~1000 OmPa.S的导电型高粘结强度水性粘结剂；其中导电型高粘结 强度水性粘结剂是分子链段由亲水性链段和亲油性链段两部分组成，且分子链段经交联剂 交联而成的空间网状结构；其中所述的单体总质量是指亲水单体和混合单体的质量之和。
[0012] 本实施方式将亲水性单体和亲油性单体分开加入，W便乳液稳定合成，有利于工 艺稳定及更好地控制粘结剂的结构。本实施方式的交联型离聚物水性粘结剂，其结构中含 Li+可提高粘结剂的导电性，降低了内阻，提高了大电流充放电下的电池容量和电池充放电 循环的倍率，由于其为交联结构，其内聚力更大，强大的内聚力可有效的抑制极片的膨胀效 应，用于石墨负极和娃基材料中，抑制膨胀效果显著，苯乙締结构中苯环可形成键， 提高聚合物间作用力，同时不同締基单体中含有-COO-共价键，可增强与活性物质颗粒表 面的作用力，能够更好地包裹在活性物质颗粒的表面，进而提高粘结性并抑制活性物质在 嵌裡时的体积膨胀，对裡离子电池正、负极电极材料均具有较好的粘结性能，电化学性能稳 定。
[0013] 本实施方式通过选择特定的亲水单体、亲油单体和制备方法相结合，制备的导电 型高粘结强度水性粘结剂的负极极片剥离强度可达到5. 50855mN/mm，内阻为20mQ，极片 膨胀率9%，说明本实施方式导电型高粘结强度水性粘结剂的粘结强度高、导电性能好和抑 制极片膨胀的效果好。
【具体实施方式】 [0014] 二：本实施方式与一不同的是所述的亲水性单体为具 有如下结构的单体中的任意一种或者至少两种的组合：CHRi=CR2R3;
[0015] 其中，Ri为-H或-CH3;R2为-H或-CH3;R3为-COOLi或-CHzCOOLi。
[0016]
【具体实施方式】=:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是：所述的亲油性单 体A为具有如下结构的单体中的任意一种或者至少两种的组合：CHRi=CR2R3; 阳017]其中，Ri为-H或-CH3,Rz为-H或-CH3,Rs为-COOCH3、-COOCH2CH3、-COOCH2CH2CH2CH3或-COOCHzCH(邸2邸3)邸2邸2邸2邸3,其他与【具体实施方式】一或二相同。
【具体实施方式】 [0018] 四：本实施方式与一至=之一不同的是：所