本发明涉及锂离子电池,尤其涉及一种负极助润剂、负极浆料、负极极片和电池。
背景技术:
1、随着全球能源结构向清洁化、低碳化转型,电化学储能技术已成为支撑智能电网、可再生能源大规模接入及各类便携式电子设备发展的关键。锂离子电池、钠离子电池等二次电池凭借其高能量密度、长循环寿命等优势,在电动汽车、电站储能、家庭储能及便携式储能等领域获得了广泛应用。为满足日益增长的市场需求,电池技术的研究正朝着长循环寿命、高倍率快充、快速电解液浸润以及厚电极设计等方向深度演进。
2、其中,厚电极技术通过增加活性物质载量来提升电池的单体能量密度,是实现大容量电池的有效路径。然而,电极厚度的增加显著提高了电解液浸润的难度。目前,商业锂离子电池负极广泛采用的水性粘结剂体系,如丁苯橡胶与羧甲基纤维素钠的复合体系,其主要功能在于提供优异的粘结强度和电极结构完整性。但这类传统粘结剂材料本身对有机电解液呈疏液性或低亲和性,其电解液质量溶胀率较低。这导致电池在注液后,电解液难以快速、均匀地渗透至电极内部,尤其是厚电极的底层区域,从而形成“干区”,这会使得锂离子迁移路径不畅,内阻增大,最终劣化电池的倍率性能。此外,在长期循环过程中,由于电极无法有效“锁住”并动态补充电解液,会加速活性物质与电解液界面的副反应,导致电池容量快速衰减与循环寿命缩短。
3、因此,开发一种能够改善电极(尤其是是厚电极)电解液浸润性,并兼具保液与界面稳定功能的新型助润剂,对于提高倍率性能、生产效率和改善电池循环性能具有至关重要的意义。
技术实现思路
1、本发明提供一种负极助润剂、负极浆料、负极极片和电池,该负极助润剂基于三维网络结构,具有快速润湿、高保液以及优异的电化学相容性等优势。该助润剂在电解液中性质稳定,不易发生分解或溶出副产物,有利于维持电解液体系的纯净与稳定,从而避免了因材料不相容导致的电解液变质问题。将该负极助润剂应用于负极浆料中,能够显著提升电极的浸润速率与保液能力,从而有助于缩短电池注液时间,提高生产效率,同时通过构建连续的离子传输通道和稳定的界面环境,显著改善电池的倍率性能和循环寿命。
2、本发明提供一种负极助润剂,包括聚合物,所述聚合物包括丙烯酸酯类结构单元、乙烯基类结构单元和酸性结构单元;所述负极助润剂经过电解液浸泡后,所述电解液的色度变化值小于10,所述负极助润剂在所述电解液浸泡前后的红外光谱相似度98%及以上。
3、根据本发明的一实施方式,所述负极助润剂在电解液中的质量溶胀率为300%~2500%。
4、根据本发明的一实施方式,所述负极助润剂的玻璃化转变温度为-70℃~80℃。
5、根据本发明的一实施方式,所述丙烯酸酯类结构单元、所述乙烯基类结构单元和所述酸性结构单元的质量比为(100~400):(20~80):(1~20)。
6、根据本发明的一实施方式,所述乙烯基类结构单元包括丙烯酰胺类结构单元、丙烯腈类结构单元、羟烷基丙烯酸酯类结构单元、乙烯基硅氧烷类结构单元结构单元中的一种或多种。
7、根据本发明的一实施方式,所述酸性结构单元包括有机酸类结构单元、有机酸盐类结构单元、酸酐类结构单元中的一种或多种。
8、根据本发明的一实施方式,所述聚合物还包括乳化剂结构单元,所述乳化剂结构单元包含不饱和双键。
9、根据本发明的一实施方式,所述聚合物还包括乳化剂结构单元,所述乳化剂结构单元来自于包含不饱和双键乳化剂。
10、根据本发明的一实施方式,所述负极助润剂还包括溶剂,所述负极助润剂的固含量为30%~50%。
11、本发明的另一方面,提供一种负极浆料,包括负极活性物质、导电剂、粘结剂以及所述的负极助润剂。
12、本发明的另一方面,提供一种负极极片,包括负极集流体、以及位于所述负极集流体的至少一侧的负极活性物质层,所述负极活性物质层包括所述的负极助润剂。
13、本发明的另一方面,提供一种电池,包括正极片、隔膜、以及所述的负极极片。
14、本发明的实施,至少有如下有益效果:本发明提供的负极助润剂通过丙烯酸酯类结构单元、乙烯基类结构单元和酸性结构单元的协同作用,在负极助润剂分子中构建了三维网络结构。其中,丙烯酸酯类结构单元作为柔性主链,通过与电解液分子形成氢键网络,提供了优异的亲液性和溶胀基础;乙烯基类结构单元通过形成适度交联点,有利于材料在高度溶胀状态下的机械强度和结构完整性;酸性结构单元则通过电离产生的静电排斥作用,进一步扩展聚合物网络,显著提升了电解液吸收能力和离子传输效率。此外,该助润剂与电解液具备优异的化学相容性,其在电解液中浸泡后,电解液色度变化小,且助润剂自身的红外光谱特征保持高度一致,这表明其在电池工作环境中性质稳定,不易分解或溶出有害物质,从而避免了导致电解液变质的问题。这三者协同形成了一个兼具主动吸液、快速导离子、高保液能力和结构稳定性的三维网络结构,将该助润剂应用于电池负极后,能大幅缩短注液时间,提升生产效率;降低电池内阻,改善倍率性能;并通过缓冲充放电过程中的电极体积变化、稳定界面,从而显著延长电池的循环寿命。
1.一种负极助润剂,其特征在于,包括聚合物,所述聚合物包括丙烯酸酯类结构单元、乙烯基类结构单元和酸性结构单元;所述负极助润剂经过电解液浸泡后,所述电解液的色度变化值小于10,所述负极助润剂在所述电解液浸泡前后的红外光谱相似度98%及以上。
2.根据权利要求1所述的负极助润剂,其特征在于,所述负极助润剂在电解液中的质量溶胀率为300%~2500%。
3.根据权利要求2所述的负极助润剂,其特征在于,所述负极助润剂的玻璃化转变温度为-70℃~80℃。
4.根据权利要求1~3任一项所述的负极助润剂,其特征在于,所述丙烯酸酯类结构单元、所述乙烯基类结构单元和所述酸性结构单元的质量比为(100~400):(20~80):(1~20)。
5.根据权利要求4所述的负极助润剂,其特征在于,所述乙烯基类结构单元包括丙烯酰胺类结构单元、丙烯腈类结构单元、羟烷基丙烯酸酯类结构单元、乙烯基硅氧烷类结构单元中的一种或多种;
6.根据权利要求5所述的负极助润剂,其特征在于,所述聚合物还包括乳化剂结构单元,所述乳化剂结构单元来自于包含不饱和双键乳化剂。
7.根据权利要求6所述的负极助润剂,其特征在于,所述负极助润剂还包括溶剂,所述负极助润剂的固含量为30%-50%。
8.一种负极浆料,其特征在于,包括负极活性物质、导电剂、粘结剂以及权利要求1-7任一项所述的负极助润剂。
9.一种负极极片,其特征在于,包括负极集流体以及位于所述负极集流体的至少一侧的负极活性物质层,所述负极活性物质层由权利要求7或8所述的负极浆料涂布干燥后得到。
10.一种电池,其特征在于,包括权利要求9所述的负极极片。