本发明涉及钠离子电池，具体而言，涉及一种水性粘结剂、制备方法、电池极片及钠离子电池材料。
背景技术：
1、钠离子电池具有资源丰富、成本低廉、安全性高等优势，有望解决清洁能源发电消纳和并网不稳定、不连续及存在安全隐患的问题，是大规模储能技术重要的研究方向。
2、钠离子的离子半径远大于锂离子，常规软碳石墨负极空穴太小，并不适配，需调整为无定形碳负极材料，使得钠离子电池的能效可以达到锂电池的7倍之多，而且可循环充电的次数更多。相比软碳材料，无定形碳具有大比表，小粒径，低振实的特点，对于粘结剂具有更高的附着力和内聚力要求。现有的丁苯橡胶sbr+羧甲基纤维素钠cmc体系，由于材料本身点状结构限制，其内聚力和附着力不足以支撑无定形碳的粘附需求。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供一种水性粘结剂、制备方法、电池极片及钠离子电池材料。本发明聚氨酯改性丙烯酸类水性粘结剂，由于富含极性官能团以及线状结构，可提供强力的附着力、内聚力和柔韧性，可有效代替sbr+cmc体系在无定形碳材料中应用。
2、为此，本发明的第一目的在于提供一种水性粘结剂。
3、本发明的第二目的在于提供一种水性粘结剂的制备方法。
4、本发明的第三目的在于提供一种电池极片。
5、本发明的第四目的在于提供一种钠离子电池材料。
6、为实现本发明的第一目的，本发明的技术方案提供了一种水性粘结剂，粘结剂按照质量份包括：聚乙二醇，5质量份-25质量份；二异氰酸酯，5质量份-25质量份；丙烯酸酯，1质量份-15质量份；丙烯酸，5质量份-20质量份；丙烯腈，5质量份-15质量份；丙烯酰胺，5质量份-15质量份。
7、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明通过通过聚氨酯来改性聚丙烯酸类水性粘结剂，聚丙烯酸类富含极性官能团以及线状结构，通过其改善和提供粘结剂的亲水性或极性，可提供强力的附着力和内聚力，单纯的丙烯酸类共聚以及均聚物都存在脆硬的问题，通过聚氨酯结构可提高粘结剂的柔韧性，在不影响粘结剂的电化学稳定性的同时，又能协同聚丙烯酸类大幅度提高粘结剂本身的附着力和内聚力，再通过优化各单体的比例，从而得到一种极富内聚力和附着力且电化学稳定性优异的水性粘结剂，满足硬碳负极材料的加工需求。
8、在本发明的一个技术方案中，丙烯酸酯包括：甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯酸羟基酯中的至少一种；其中，甲基丙烯酸烷基酯包括：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中的至少一种；丙烯酸烷基酯包括：醋酸乙烯脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸中的至少一种；丙烯酸羟基酯包括：甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
9、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明丙烯酸酯通过聚合获得的丙烯酸酯骨架，通过选择其甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯酸羟基酯种类，可以调整所得丙烯酸酯聚合物的常态物性和耐寒性、耐油性等基本特性。
10、为实现本发明的第二目的，本发明的技术方案提供了一种水性粘结剂的制备方法，制备方法包括：s10、将聚乙二醇加入反应器，在惰性气体保护气氛下，加入二异氰酸酯，在第一温度下混合搅拌，调整温度不高于第二温度，加入丙烯酸酯，反应目标时间后，得到聚氨酯-丙烯酸脂溶液；s20、在丙烯酸中加入碱，调整ph值至6-8，制备丙烯酸盐中和液，在聚氨酯-丙烯酸脂溶液加入丙烯酸盐中和液、丙烯腈和丙烯酰胺，混合搅拌，得到预乳液；s30、在惰性气体保护气氛下，调整转速，升温至第三温度，滴加引发剂，控制反应温度不高于第四温度，反应一段时间后，加入水，搅拌均匀，得到水性粘结。
11、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明采用多元共聚方式，将聚氨酯、丙烯酸类单体通过溶液聚合方式，合成聚氨酯-聚丙烯酸树脂，采用低水溶性的单体丙烯腈，丙烯腈对油性单体和极性单体有较好的双向溶解性，兼具反应物与溶剂的双重功能，能在水相中形成稳定的乳浊液，且丙烯腈和丙烯酰胺具有一定刚性，能够改善粘结剂的附着力。本发明水性粘结剂的制备方法，步骤简单易操作，合成方式绿色环保，在保证一定附着力的同时，有效提升粘结剂的柔韧性，更符合钠离子电池的实际应用。
12、在本发明的一个技术方案中，在s10中，惰性气体包括：氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的至少一种；和/或在s10中，第一温度为70℃-90℃；和/或在s10中，混合搅拌的转速为10-30rad/s，搅拌时间为1-3h；和/或在s10中，第二温度为50℃；和/或在s10中，目标时间为2h-4h；和/或在s20中，混合搅拌的转速为15-30rad/s，搅拌时间0.5h-1h；和/或在s30中，惰性气体包括：氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的至少一种；和/或在s30中，调整转速为15-35rad/s；和/或在s30中，第三温度为50℃-70℃；和/或在s30中，第四温度为80℃；在s30中，反应一段时间为2h-4h。
13、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明通过调节水性粘结剂的制备方法中的温度、搅拌速率和搅拌时间，以调控水性粘结剂产品的分子量、稳定性和粘度，因而给出优选的范围，利于本领域技术人员实施得到本技术要求保护的水性粘结剂。
14、在本发明的一个技术方案中，在s10中，投料摩尔比为聚乙二醇：二异氰酸酯：丙烯酸酯＝(0.9-1.1)：(1.8-2.2)：(1.8-2.2)；和/或在s20中，投料摩尔比为聚氨酯-丙烯酸脂溶液：丙烯酸：丙烯腈：丙烯酰胺＝(0.9-1.1)：(1.0-1.5)：(0.8-1.1)：(1.0-1.2)。
15、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明具体优化聚合反应的投料摩尔比，使得各组分单体之间能够产生协同或者增效作用，通过投料来调控聚合物的链长和分子结构，使得本发明水性粘结剂的内聚力、附着力和电化学稳定性均有效提升。
16、在本发明的一个技术方案中，引发剂包括：过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种；引发剂的添加量为参与聚合反应单体质量的0.05％wt-0.15wt。
17、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明以硫酸铵和过硫酸钠中的至少一种作为引发剂，在其滴加过程中产生自由基，通过控制引发剂滴加的量，控制乳胶聚合的速度，防止引发剂短时间内大量引发产生过多自由基，进而防止爆聚反应的发生。
18、在本发明的一个技术方案中，在s30中，加入水之前还包括：滴加表面活性剂。
19、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明水性粘结剂的制备方法还包括乳液聚合，通过滴加表面活性剂，增加水溶性粘结剂中的刚性单体含量，在保证粘结剂柔韧性的同时，有效提升聚合物的附着力，更符合钠离子电池的实际应用。可以理解的，本领域技术人员可以结合实际的应用需求根据本发明水性粘结剂的制备方法，具体选择聚合方式是溶液聚合或乳液聚合。
20、在本发明的一个技术方案中，表面活性剂包括：阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的至少一种；表面活性剂的添加量为参与聚合反应单体质量的0.5％wt-1.5％wt。
21、优选地，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
22、优选的，非离子表面活性剂为np-10。
23、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明通过表面活性剂屏蔽效应分散、稳定预乳液，优化表面活性剂的添加量为丙烯酸丁酯质量的0.5％wt-1.5％wt，增加预乳液的稳定性，增加水溶性粘结剂中的刚性单体含量，且保证水性粘结剂的化学性能。
24、为实现本发明的第三目的，本发明的技术方案提供了一种电池极片，采用上述任一水性粘结剂粘结获得。
25、本发明技术方案的电池极片采用上述任一水性粘结剂粘结获得，在本发明水性粘结剂用量为3％时，能体现出更高的柔韧性和粘接力，还能提升活性材料的比例，从而增加电池的能量密度。
26、为实现本发明的第四目的，本发明的技术方案提供了一种钠离子电池材料，包括上述任一电池极片。
27、本发明技术方案的钠离子电池材料包括采用上述任一技术方案水性粘结剂粘结获得的电池极片，因而具有如本发明任一技术方案的水性粘结剂粘结获得的电池极片的全部有益效果，在此不再赘述。