一种粘结剂、制备方法、电极浆料、电极片和二次电池与流程

本技术涉及二次电池，具体而言，涉及一种粘结剂、制备方法、电极浆料、电极片和二次电池。

背景技术：

1、二次电池，例如锂离子电池，通常包括负极、正极和电解质。目前，在锂离子电池的正极体系中，一般采用n-甲基砒咯烷酮（nmp）作为溶剂，采用聚偏氟乙烯（pvdf）作为粘结剂。

2、但是，采用有机溶剂nmp等作为正极均浆的溶剂，具有成本高和不利于环保的缺点。并且，利用现有的pvdf粘结剂体系，具有溶胀较大、高电压下的稳定性较差的缺点。

3、因此，需要提供一种能够提升电池体系的环保和稳定性的粘结剂。

技术实现思路

1、基于上述的不足，本技术提供了一种粘结剂、制备方法、电极浆料、电极片和二次电池，以部分或全部地改善相关技术中粘结剂的高电压稳定性差的问题。

2、本技术是这样实现的：

3、在第一方面，本技术的示例提供了一种粘结剂，包括：含有氰基基团的第一单体、含有酸酐基团的第二单体和含有羧酸金属盐基团的第三单体形成的共聚物。

4、在上述实现过程中，以含有氰基基团的第一单体、含有酸酐基团的第二单体和含有羧酸金属盐基团的第三单体形成的共聚物作为粘结剂，该粘结剂具有良好的耐高电压性能，在制备二次电池的电极时，还能在高电压电极的表面形成均匀的涂层，钝化高电压电极，降低高电压条件下电解液在电极表面发生副反应的几率，提升二次电池体系的循环稳定性。并且，该粘结剂还能有利于载流子的传导以提升二次电池体系的倍率性能。并且，本示例提供的粘结剂，能够利用水等水系溶液作为溶剂，使得利用上述粘结剂制备的电池体系更加环保。

5、结合第一方面，在一种可选的实施方式中，羧酸金属盐基团选自羧酸锂基团、羧酸钠基团或羧酸钾基团中的至少一者。

6、在上述实现过程中，粘结剂中的第三单体含有羧酸锂基团、羧酸钠基团或羧酸钾基团中的至少一者，可以提升相应的电池体系中的载流子的传导，提升电池体系的倍率。并且，粘结剂中含有羧酸锂基团、羧酸钠基团或羧酸钾基团中的至少一者和酸酐基团，能够与二次电池正极表面的活性氧原子反应形成酯类键，提高电极的耐高电压性能。

7、结合第一方面，在一种可选的实施方式中，按摩尔含量百分比计，共聚物包含0.5-10%的氰基基团、0.5-20%的酸酐基团和70-98%的羧酸金属盐基团。

8、在上述实现过程中，以氰基基团、酸酐基团和羧酸金属盐基团三种基团的摩尔总数为总量，按照摩尔含量计，共聚物粘结剂中，含有0.5-10%的氰基基团、0.5-20%的酸酐基团和70-98%的羧酸金属盐基团，能够进一步提高粘结剂的耐高电压性能和提升载流子的传导性能，能够进一步提高利用该粘结剂制得的电池体系的循环稳定性和倍率性能。

9、结合第一方面，在一种可选的实施方式中，第一单体选自丙烯腈、3-丁烯腈、6-庚烯腈、4-戊烯腈、3-戊烯腈、氰乙酸烯丙酯、异氰脲酸二烯丙基酯或四氰基乙烯中的至少一者；第二单体选自马来酸酐、2,3-二甲基马来酸酐或2-甲基马来酸酐中的至少一者；第三单体选自丙烯酸金属盐、甲基丙烯酸金属盐、3,3-二甲基丙烯酸金属盐、2-丁烯酸异丁酯金属盐、3-丁烯酸金属盐、甲基反丁烯二酸金属盐、反式-2-甲基-2-丁烯酸金属盐、反式-2,3-二甲基丙烯酸金属盐、富马酸单甲酯金属盐、富马酸单乙酯金属盐、2-戊烯酸金属盐、3-戊烯酸金属盐、4-戊烯酸金属盐、反-戊烯二酸金属盐、反式-2-甲基-2-戊烯酸金属盐、2,4-戊二烯酸金属盐、3-甲基-4-戊烯酸金属盐、反式-2-戊烯酸金属盐、3-甲基戊烯二酸金属盐、2,2-二甲基-4-戊烯酸金属盐、己烯酸金属盐、丙基丙二酸金属盐、十一烯酸金属盐、辛烯酸金属盐或壬烯酸或癸烯酸金属盐中的至少一者。

10、在上述实现过程中，利用上述含有氰基基团、含有酸酐基团和含有羧酸金属盐基团的三种单体聚合形成的共聚物，在作为电极粘结剂时，能够提高制得的电池体系的环保性、循环性能和倍率性能。

11、在第二方面，本技术示例提供了一种粘结剂的制备方法，包括：

12、将含有氰基基团的第一单体、含有酸酐基团的第二单体和含有羧酸基团的第四单体在溶剂中混合，加入自由基引发剂，聚合反应形成第一共聚物；利用金属离子的碱性化合物对第一共聚物中的羧酸基团进行中和，反应形成羧酸金属盐基团。

13、在上述实现过程中，利用自由基引发剂将含有氰基基团的第一单体、含有酸酐基团的第二单体和含有羧酸基团的第四单体在溶液中进行聚合，然后利用金属离子的碱性化合物对第一共聚物中的羧酸基团进行中和，可以使得第一共聚物中的羧酸基团反应成羧酸金属盐基团，使得中和反应后的共聚物能够在用于制备二次电池的电极时，以水等水系溶液作为溶剂，避免有机溶剂的使用，提高二次电池的环保性。并且，利用上述共聚物作为电极粘结剂制备二次电池时，能够提高电极涂层的均匀性，钝化电极，降低高电压条件下电解液在电极表面发生副反应的几率，提升电池体系的循环稳定性，还能有利于载流子的传导以提升电池体系的倍率性能。

14、结合第二方面，在一种可选的实施方式中，第一单体选自丙烯腈、3-丁烯腈、6-庚烯腈、4-戊烯腈、3-戊烯腈、氰乙酸烯丙酯、异氰脲酸二烯丙基酯或四氰基乙烯中的至少一者；第二单体选自马来酸酐、2,3-二甲基马来酸酐或2-甲基马来酸酐中的至少一者；第四单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、2-丁烯酸异丁酯、3-丁烯酸、甲基反丁烯二酸、反式-2-甲基-2-丁烯酸、反式-2,3-二甲基丙烯酸、富马酸单甲酯、富马酸单乙酯、2-戊烯酸、3-戊烯酸、4-戊烯酸、反-戊烯二酸、反式-2-甲基-2-戊烯酸、2,4-戊二烯酸、3-甲基-4-戊烯酸、反式-2-戊烯酸、3-甲基戊烯二酸、2,2-二甲基-4-戊烯酸、己烯酸、丙基丙二酸、十一烯酸、辛烯酸、壬烯酸或癸烯酸中的至少一者；金属离子的碱性化合物选自锂、钠或钾的氢氧化物和/或碳酸盐或其混合物的组；引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一者。

15、在上述实现过程中，利用上述含有氰基基团、含有酸酐基团和含有羧酸金属盐基团的单体，可以在自由基引发剂的作用下，聚合形成第一共聚物，然后利用锂、钠或钾的氢氧化物和/或碳酸盐或其混合物的组等碱性溶液对第一共聚物中的羧酸基团进行中和反应，形成羧酸金属盐基团，形成含有氰基基团的第一单体、含有酸酐基团的第二单体和含有羧酸金属盐基团的第三单体的共聚物。通过上述方法制备的共聚物，能够以水系溶液作为溶剂，提高二次电池体系制备过程的环保性，以及提高二次电池体系的循环性能和倍率性能。

16、在第三方面，本技术的示例提供了一种电极浆料，包括第一方面提供的粘结剂和电极活性材料。

17、或者，电极浆料包括第一方面提供的粘结剂和正极活性材料。

18、在上述实现过程中，利用第一方面提供的粘结剂和电极活性材料形成的电极浆料，可以使得电极活性材料分布均匀。利用上述电极浆料涂布后形成的电极片，具有更高的耐高电压稳定性。并且，利用上述电极浆料形成的正极片中，电极浆料的粘结剂中的酸酐基团和羧酸金属盐基团能够在正极表面的活性氧原子发生反应形成酯类键，钝化电极，提高电极的耐高电压性能，以及提高涂层的稳定性，粘结剂中的氰基基团和羧酸金属盐基团能够提高载流子的传导，提高二次电池体系的倍率性能。

19、结合第三方面，在一种可选的实施方式中，电极浆料包括水系溶剂，水系溶剂选自水、乙醇、丙醇或丁醇中的至少一者。

20、在上述实现过程中，电极浆料中的粘结剂可以利用水、乙醇、丙醇或丁醇等水系溶剂，能够提高电极浆料的环保性，以及降低电极浆料的制备成本。

21、在第四方面，本技术的示例提供了一种电极片，包括第一方面提供的粘结剂。

22、在第五方面，本技术的示例提供了一种二次电池，包括第四方面提供的电极片。

23、在上述实现过程中，利用第一方面提供的粘结剂制得的电极片，在将该电极片应用于二次电池时，该电极片中的粘结剂能够提高电极涂层的分布均匀性和结构稳定性，还能提高电极片的耐高电压性能，对电极进行钝化以降低电解液在电极表面发生副反应的几率，提高二次电池的循环稳定性。并且，该粘结剂还能提高载流子的传导性，提高二次电池的倍率性能。