一种改性粘结剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于胶粘剂领域，尤其涉及一种改性粘结剂及其制备方法和其锂离子电池中的应用。

背景技术：

1、锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一，锂离子电池具有高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环稳定性好等优点，因而被广泛应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等数码产品以及新能源汽车等领域。随着锂离子电池的应该越来越广，对锂离子电池的要求也越来越高，如对锂离子电池的能量密度、循环稳定性、安全等性能要求也越来越高。

2、锂离子电池用的粘结剂对锂离子电池的性能也会产生一定的影响。目前锂离子电池所用的水性粘结剂主要为丁苯橡胶体系(sbr体系)以及聚丙烯酸体系(paa体系)，其中sbr体系具备优良的加工性能，具备很好的粘结性能和极片柔软性能，但因其在合成时缺少极性基团而导致阻抗较高，从而影响锂电池的低温性能和倍率性能；而paa体系虽然具备优越的离子导电性能，但paa类粘结剂因其本身结构的缺陷而导致极片偏硬和脆，从而严重影响锂电池生产过程中的极片加工性能，比如：模切的时候边缘容易掉粉，极片偏硬影响卷绕、循环过程中应力无法释放而导致受力不均从而界面出现不均匀，导致局部析锂，最终会影响锂电池的安全和循环性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种改性粘结剂及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种改性粘结剂，所述改性粘结剂是由单体1、单体2和单体3分步共聚而成，其中，单体1为苯乙烯，单体2选自丙烯、丁二烯、偏氟乙烯中的任一种，单体3为丙烯酸或丙烯酸锂。

4、上述的改性粘结剂，进一步优选的，所述单体3为丙烯酸锂。丙烯酸锂的加入不仅能解决极片较脆的问题，同时还能大幅提升粘结剂的粘结性能和离子导电性能。

5、上述的改性粘结剂，优选的，所述改性粘结剂的重均分子量为15-50万。

6、上述的改性粘结剂，优选的，当所述单体2选自丙烯或丁二烯时，所述单体1与所述单体2的质量比为(20-30)：(70-80)，所述单体3的添加量占单体1、单体2总质量的0.9％～12％。

7、上述的改性粘结剂，优选的，当所述单体2选自偏氟乙烯时，所述单体1与所述单体2的质量比为(10-25)：(75-90)，所述单体3的添加量占单体1、单体2总质量的0.9％～12％。

8、作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的改性粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

9、(1)将单体1、单体2、乳化剂、引发剂加入反应釜中进行聚合反应；

10、(2)通过增压泵将单体3和引发剂加入步骤(1)的反应产物中，分散均匀后继续反应1-3小时；

11、(3)重复步骤(2)的工序2次；

12、(4)将步骤(3)得到的反应产物进行精馏，得到所述的改性粘结剂。

13、上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，聚合反应的温度为60-70℃，压力为1-3mpa，反应时间为1-5小时。

14、上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述乳化剂为质量比为1:1的歧化松香酸钾皂和脂肪酸皂，所述乳化剂的添加量为单体1、单体2和单体3总质量的4％-6％。

15、上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述引发剂为过硫酸钠，其添加量为单体1、单体2和单体3总质量的0.04-0.06％。

16、上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，所述单体3添加量为单体3总添加量的三分之一；所述引发剂的添加量是单体1、单体2和单体3总质量的0.04-0.08％。

17、作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的改性粘结剂或者由上述的制备方法制备获得的改性粘结剂在锂离子电池中的应用。

18、与现有技术相比，本发明的优点在于：

19、(1)本发明的改性粘结剂既可以发挥sbr和paa的优势，同时规避sbr和paa的劣势，即其既具有较好的加工性能，且粘结能力优异，同时还可以大幅提升锂电池的低温性能、倍率性能和循环性能。

20、(2)本发明的改性粘结剂由苯乙烯、丙烯(或丁二烯或偏氟乙烯)、丙烯酸(或丙烯酸锂)分步共聚而成，-[ch-ch]-n基团为该粘结剂的柔性基团，可以改善极片的柔韧性，而苯乙烯基团为极性基团，可以为共聚提供粘结性以及骨架结构，丙烯酸或者丙烯酸锂中-coo-h/li基团为强极性基团，可以改善共聚物的粘结力。

21、(3)本发明的改性粘结剂中单体2选择偏氟乙烯时，需适量增加单体2的添加量，形成偏氟乙烯长链基团，利用长链偏氟乙烯的柔性基团，可以达到改善传统sbr极片较脆的特性，同时利用碳氟键的强极性，达到更好的粘结力效果，从而增强粘结剂和箔材之间的粘结力。

22、(4)本发明的改性粘结剂采用多段共聚，第一步苯乙烯和丙烯(或丁二烯或偏氟乙烯)进行共聚，确保主体分子结构为苯乙烯+丙烯(或丁二烯或偏氟乙烯)的结构，然后再多步共聚丙烯酸或者丙烯酸锂，能够确保强极性基团丙烯酸或者丙烯酸锂共聚于共聚物的尾端形成含有强极性基团的共聚物，从而保证共聚物和箔材有更好的附着效果，达到更好的粘接效果。

技术特征：

1.一种改性粘结剂，其特征在于，所述改性粘结剂是由单体1、单体2和单体3分步共聚而成，其中，单体1为苯乙烯，单体2选自丙烯、丁二烯、偏氟乙烯中的任一种，单体3为丙烯酸或丙烯酸锂。

2.如权利要求1所述的改性粘结剂，其特征在于，所述改性粘结剂的重均分子量为15-50万。

3.如权利要求1所述的改性粘结剂，其特征在于，当所述单体2选自丙烯或丁二烯时，所述单体1与所述单体2的质量比为(20-30)：(70-80)，所述单体3的添加量占单体1、单体2总质量的0.9％～12％。

4.如权利要求1所述的改性粘结剂，其特征在于，当所述单体2选自偏氟乙烯时，所述单体1与所述单体2的质量比为(10-25)：(75-90)，所述单体3的添加量占单体1、单体2总质量的0.9％～12％。

5.一种如权利要求1～4中任一项所述的改性粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，聚合反应的温度为60-70℃，压力为1-3mpa，反应时间为1-5小时。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述乳化剂为质量比为1:1的歧化松香酸钾皂和脂肪酸皂，所述乳化剂的添加量为单体1、单体2和单体3总质量的4％-6％。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述引发剂为过硫酸钠，其添加量为单体1、单体2和单体3总质量的0.04-0.06％。

9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述单体3添加量为单体3总添加量的三分之一；所述引发剂的添加量是单体1、单体2和单体3总质量的0.04-0.08％。

10.一种如权利要求1～4中任一项所述的改性粘结剂或者由权利要求5～9中任一项所述的制备方法制备获得的改性粘结剂在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种改性粘结剂，其是由单体1、单体2和单体3分步共聚而成，其中，单体1为苯乙烯，单体2选自丙烯、丁二烯、偏氟乙烯中的任一种，单体3为丙烯酸或丙烯酸锂。其制备方法(1)将单体1、单体2、乳化剂、引发剂加入反应釜中进行聚合反应；(2)通过增压泵将单体3和引发剂加入步骤(1)的反应产物中，分散均匀后继续反应1‑3小时；(3)重复步骤(2)的工序2次；(4)将步骤(3)得到的反应产物进行精馏，得到所述的改性粘结剂。本发明的改性粘结剂既可以发挥SBR和PAA的优势，同时规避SBR和PAA的劣势，即其既具有较好的加工性能，且粘结能力优异，同时还可以大幅提升锂电池的低温性能、倍率性能和循环性能。

技术研发人员：袁卉军,欧阳哲,陈龙
受保护的技术使用者：长沙市芯星新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15