粘结剂及其制备方法、负极材料、负极极片和电池与流程

本申请涉及电池材料，尤其涉及一种粘结剂及其制备方法、负极材料、负极极片和电池。

背景技术：

1、锂离子电池行业的发展对电极的结构稳定性和离子电子导通能力提出了更高的要求，其中，粘结剂性能的优劣直接影响着电极的结构稳定性和离子电子导通能力。

2、粘结剂在电极中以“点状”“链状”等形式分散包覆在活性颗粒表面，提供电极中各材料相互连接的稳定结构。对于负极电极，在充放电过程中存在明显的膨胀收缩，因此对粘结剂的粘结力、强度、延展性等结构维持能力要求比较高，同时又由于粘结剂的高分子材料属性，不具备导通离子或电子能力，阻碍锂离子在界面处的传输，会影响电池倍率、低温等关键电性能。

3、因此，如何同时改善粘结剂的离子传输能力以及结构维持能力是当前的关键难点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提出一种粘结剂及其制备方法、负极材料、负极极片和电池。

2、基于上述目的，本申请第一方面提供了一种粘结剂，所述粘结剂具有核壳结构，核为具有中空交联结构的硬段聚合物，壳为包覆在所述核的外表面的颗粒型软段聚合物，所述硬段聚合物的软化温度大于所述颗粒型软段聚合物的软化温度。

3、可选地，所述硬段聚合物与所述颗粒型软段聚合物的粒径比为5~50:1。

4、可选地，所述核的壁厚为10~400nm。

5、可选地，所述粘结剂的粒径为10nm~1um。

6、基于同一发明构思，本申请第二方面提供了一种粘结剂的制备方法，包括：

7、将第一聚合物单体、第一油溶性引发剂和第一表面分散剂混合于反应介质中、搅拌，在保护气氛围下反应，洗涤、溶剂置换后得到颗粒型软段聚合物的球水相分散液；

8、将第二聚合物单体、第二油溶性引发剂、致孔剂、第二表面分散剂混合加入水介质中，搅拌，在保护气氛围下反应，洗涤、脱出致孔剂、溶剂置换后得到硬段聚合物的球水相分散液；

9、将所述颗粒型软段聚合物的球水相分散液和所述硬段聚合物的球水相分散液搅拌混合、熟化，得到粘结剂。

10、可选地，所述第一聚合物单体包括第一单体和第二单体，所述第一单体包括丁二烯和异戊二烯中的至少一种，所述第二单体包括丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸异丁酯中的至少一种。

11、可选地，所述第一单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为50~70%，所述第二单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为30~50%。

12、可选地，所述第一聚合物单体还包括第三单体，所述第三单体包括苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯腈中的至少一种，所述第三单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为0~20%。

13、可选地，所述第二聚合物单体包括第四单体和第五单体，所述第四单体包括聚苯乙烯，所述第五单体包括丁二烯、二乙烯基苯、异戊二烯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一种。

14、可选地，所述第四单体占所述第二聚合物单体的质量百分比为60~90%，所述第五单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为10~30%。

15、可选地，所述第二聚合物单体还包括第六单体，所述第六单体包括丙烯酸、丙烯酸酯类、丙烯腈和丙烯酰胺中的至少一种，所述第六单体占所述第二聚合物单体的质量百分比为0~20%。

16、可选地，所述致孔剂包括环己烷和庚烷的至少一种，所述致孔剂的添加量为所述第二聚合物单体的质量的100~500%。

17、可选地，所述硬段聚合物的球水相分散液和所述颗粒型软段聚合物的球水相分散液的浓度比为5~9:10。

18、本申请第三方面提供了一种负极材料，包括上述第一方面任一项所述的粘结剂或上述第二方面任一项所述制备方法制备得到的粘结剂，以及负极活性物质和导电剂。

19、本申请第四方面提供了一种负极极片，包括负极基体以及涂布于所述负极基体上的上述第三方面所述的负极材料。

20、本申请第五方面提供了一种电池，包括上述第四方面所述的负极极片。

21、从上面所述可以看出，本申请提供的粘结剂及其制备方法、负极材料、负极极片和电池，核为具有中空交联结构的硬段聚合物，硬段聚合物的软化温度较高、硬度较大，可以提升粘结剂的主体结构的硬度和电极稳定能力，硬段聚合物具有中空交联结构，使得核部分有较高的孔隙率，有利于电解液浸润，从而提升锂离子在粘结剂中的离子传输效率，颗粒型软段聚合物包覆在核的外表面，使得颗粒型软段聚合物不仅在核的外表面引入了丰富的化学键，同时增加了整个核壳结构的表面粗糙度，提升了粘结剂的粒子与粒子之间以及粘结剂与电极基体之间的结合能力，进而提高了粘结剂的结构维持能力，同时颗粒型软段聚合物的软化温度较低、硬度较小，使得核壳结构的表面柔性和塑性较强，有利于提升粘结剂的成膜性和加工性能。

技术特征：

1.一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂具有核壳结构，核为具有中空交联结构的硬段聚合物，壳为包覆在所述核的外表面的颗粒型软段聚合物，所述硬段聚合物的软化温度大于所述颗粒型软段聚合物的软化温度。

2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述硬段聚合物与所述颗粒型软段聚合物的粒径比为5~50:1。

3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述核的壁厚为10~400nm。

4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂的粒径为10nm~1um。

5.一种粘结剂的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一聚合物单体包括第一单体和第二单体，所述第一单体包括丁二烯和异戊二烯中的至少一种，所述第二单体包括丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸异丁酯中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为50~70%，所述第二单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为30~50%。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一聚合物单体还包括第三单体，所述第三单体包括苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯腈中的至少一种，所述第三单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为0~20%。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二聚合物单体包括第四单体和第五单体，所述第四单体包括聚苯乙烯，所述第五单体包括丁二烯、二乙烯基苯、异戊二烯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第四单体占所述第二聚合物单体的质量百分比为60~90%，所述第五单体占所述第一聚合物单体的质量百分比为10~30%。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二聚合物单体还包括第六单体，所述第六单体包括丙烯酸、丙烯酸酯类、丙烯腈和丙烯酰胺中的至少一种，所述第六单体占所述第二聚合物单体的质量百分比为0~20%。

12.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述致孔剂包括环己烷和庚烷中的至少一种，所述致孔剂的添加量为所述第二聚合物单体的质量的100~500%。

13.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硬段聚合物的球水相分散液和所述颗粒型软段聚合物的球水相分散液的浓度比为5~9:10。

14.一种负极材料，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的粘结剂或权利要求5至13任一项所述制备方法制备得到的粘结剂，以及负极活性物质和导电剂。

15.一种负极极片，其特征在于，包括负极基体以及涂布于所述负极基体上的权利要求14所述的负极材料。

16.一种电池，其特征在于，包括权利要求15所述的负极极片。

技术总结
本申请提供一种粘结剂及其制备方法、负极材料、负极极片和电池，所述粘结剂具有核壳结构，核为具有中空交联结构的硬段聚合物，壳为包覆在所述核的外表面的颗粒型软段聚合物，所述硬段聚合物的软化温度大于所述颗粒型软段聚合物的软化温度，实现了锂离子传输能力和结构稳定能力的同步提升，进而提升电极的加工能力以及电池的倍率性能和长循环稳定性。

技术研发人员：姚晓辉,马洪运,王睿,郝玥玥,钱皖津
受保护的技术使用者：天津力神电池股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1