一种用于锂离子电池电极材料的离子聚合物型水性粘结剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于裡离子电池电极材料的离子聚合物型水性粘结剂的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 伴随着社会经济飞速发展，能源作为最基本的动力源得到了更加广泛的应用与需 求。而动力电池则是其中的一个关键研发部分。裡离子电池由其具有容量高、循环次数多、 储电量大、体积小、能量密度高、循环寿命长、绿色环保、使用溫度范围宽及安全性等性能被 广泛的应用到航空、航天、平板电脑、电动自行车和电动汽车等。但裡离子电池作为动力电 池在电动汽车中取得实际应用仍存在安全性、大倍率充放电性能、循环寿命等问题。粘结剂 是裡离子电池正负极的重要组成部分，是用于粘结电极活性物质于集流体上的高分子化合 物。其主要作用是粘结和保持电极活性物质，稳定极片结构，W缓冲充放电过程中极片的膨 胀/收缩，也直接影响着电池的性能。粘结剂由其高分子结构本身所导致的导电性较差，故 在使用时若用量较大则电阻较大，影响容量和倍率等性能；若用量较少则会脱粉、循环性能 差等情况。因此，制备一种导电性好并能提高电池的循环性能、容量、降低内阻和提高循环 寿命的水性粘结剂不仅是未来的发展趋势，更是市场的迫切需求。
[0003] 目前，市场上用于裡离子电池电极材料的粘结剂主要有聚偏氣乙締（PVD巧和下 苯橡胶（SBR)/簇甲基纤维素钢（CMC)等。PVDF使用时需加入N-甲基化咯烧酬（NI巧溶解 后再配置成浆料，溶剂的挥发即污染环境又危害工作人员的健康，虽然该粘结剂具有较好 的稳定性，但其离子电导率较低，电极材料的内阻较大，尤其是当裡离子电池在大电流充放 电下，电解质盐极化增强，极化电阻增加，裡离子脱出受阻，放电电压迅速下降，从而限制了 裡离子电池在大电流充放电下充放电容量的保持和能量密度的提高，另外PVDF其溶剂价 格较高，增加了裡离子电池的成本。SBR/CMC水性粘结剂在市场上有大规模应用，但其导电 性等未有较大改善，同时价格稍高，故使用时在一定范围内受到限制。
[0004] 因此，开发一种安全环保，正极、负极材料均可使用，制备成极片后加工性能和电 性能优良，用量少、成本低、粘结强度高且导电性好的水性粘结剂是所属领域的技术难点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要解决水性粘结剂粘结强度低、导电性能差的问题，提供一种用 于裡离子电池电极材料的离子聚合物型水性粘结剂的制备方法。
[0006] 本发明一种用于裡离子电池电极材料的离子聚合物型水性粘结剂的制备方法，包 括W下步骤：
[0007] 将亲水性单体加入去离子水中，在40~95°C的条件下，揽拌速度为100~500转 /分，揽拌至溶解，通入保护气体驱氧0. 5~2. 5h，再加入占单体总质量0. 2~2 %的引发 剂，滴加亲油性单体，滴加1~化至单体全部滴完，再继续揽拌1~化，反应后减压除去残 余单体，过100~400目滤布，即得固含量为20~50%、粘度为50~3000mPa.S的离子聚 合物型水性粘结剂；其中离子聚合物型水性粘结剂是分子链段由亲水性链段和亲油性链段 两部分组成，且分子链段中有Li+。
[0008] 本发明将亲水性单体和亲油性单体分开加入，且不加入交联剂，W便乳液稳定合 成，有利于工艺稳定及更好地控制聚合物分子链段的结构。用于裡离子电池电极材料的离 子型聚丙締酸醋类水性粘结剂，其结构中含Li+可提高粘结剂的导电性，降低了内阻，提高 了大电流充放电下的电池容量和电池充放电循环的倍率，同时该粘结剂不同締基单体中含 有-COO-共价键，可增强与活性物质颗粒表面的作用力，对裡离子电池正、负极电极材料均 具有较好的粘结性能，电化学性能稳定。本发明通过选择特定的亲水单体、亲油单体和制备 方法相结合，制备的离子聚合物型水性粘结剂的负极极片剥离强度可达到4. 87632mN/mm， 内阻为23mQ，说明本发明离子聚合物型水性粘结剂的粘结强度高、导电性能好。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0009] 一：本实施方式一种用于裡离子电池电极材料的离子聚合物型水性 粘结剂的制备方法，包括W下步骤：
[0010] 将亲水性单体加入去离子水中，在40~95°C的条件下，揽拌速度为100~500转 /分，揽拌至溶解，通入保护气体驱氧0. 5~2. 5h，再加入占单体总质量0. 2~2 %的引发 剂，滴加亲油性单体，滴加1~化至单体全部滴完，再继续揽拌1~化，反应后减压除去残 余单体，过100~400目滤布，即得固含量为20~50%、粘度为50~3000mPa.S的离子聚 合物型水性粘结剂；其中离子聚合物型水性粘结剂是分子链段由亲水性链段和亲油性链段 两部分组成，且分子链段中有Li+。
[0011] 本实施方式中所述的单体总质量是指亲水性单体和亲油性单体的质量之和。
[0012] 本实施方式将亲水性单体和亲油性单体分开加入，且不加入交联剂，用于裡离子 电池电极材料的离子型聚丙締酸醋类水性粘结剂，其结构中含Li+可提高粘结剂的导电性， 降低了内阻，提高了大电流充放电下的电池容量和电池充放电循环的倍率，同时该粘结剂 不同締基单体中含有-COO-共价键，可增强与活性物质颗粒表面的作用力，对裡离子电池 正、负极电极材料均具有较好的粘结性能，电化学性能稳定。本实施方式通过选择特定的亲 水单体、亲油单体和制备方法相结合，制备的离子聚合物型水性粘结剂的负极极片剥离强 度可达到4. 87632mN/mm，内阻为23mQ，说明本实施方式离子聚合物型水性粘结剂的粘结 强度高、导电性能好。
【具体实施方式】 [0013] 二：本实施方式与一不同的是所述的亲水性单体为具 有如下结构的单体中的任意一种或者至少两种的组合：CHRi=CR2R3;
[0014] 其中，Ri为-H或-CH3;R2为-H或-CH3;R3为-COOLi或-CHzCOOLi,其他与具体实 施方式一相同。
[0015]
【具体实施方式】=:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是：所述的亲油性单 体为具有如下结构的单体中的任意一种或者至少两种的组合：CHRi=CR2R3; 阳016]其中，Ri为-H或-CH3,Rz为-H或-CH3,Rs为-COOCH3、-COOCH2CH3、-COOCH2CH2CH2CH3 、-COOCHzCH(邸2邸3)CH2CH2CH2CH3或-C品，其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0017]
【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至=之一不同的是：所述的亲水 性单体和亲油性单体的质量比为（I~90) : (99~10)，其他与【具体实施方式】一至=之一相 同。
【具体实施方式】 [0018] 五：本实施方式与一至四之一不同的是：所述的引发 剂为过硫酸锭或偶氮二异下基脉盐酸盐，其他与一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0019] 六：本实施方式与一至五之一不同的是：所述的保护 性气体为氮气或氣气，其他与一至五之一相同。
[0020]
【具体实施方式】屯：本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是：所述的亲水 性单体和亲油性单体的质量比为（2~40) : (98~60)，其他与【具体实施方式】一至六之一相 同。
【具体实施方式】 [0021] 八：本实施方式与一至屯之一不同的是：将亲水性单 体加入去离子水中，在60~90°C的条件下，揽拌速度为200~450转/分，其他与具体实施 方式一至屯之一相同。
【具体实施方式】 [0022] 九：本实施方式与一至八之一不同的是：所述的滴加 是指滴加1~化至单体全部滴完，其他与一至八之一相同。
【具体实施方式】 [0023] 十：本实施方式与一至九之一不同的是：所述的离子 聚合物型水性粘结剂的使用方法为：将水性粘结剂与电极材料配置成浆料，涂布并烘干制 成电极，其中，水性粘结剂为浆料总质量的1~5%，其他与一至九之一相同。
[0024] 通过W下实施例验证本发明的有益效果：具体实施例： W25] 实施例一 阳0%] 将5g丙締酸裡单体和100g去离子水加入反应蓋中，揽拌速度为200转/分，在 50°C的溫度下，通入高纯成驱氧0.化，加入过硫酸锭0. 5g，滴加30g苯乙締和65g丙締酸 下醋组成的混合单体，滴加化至混合单体全部滴完，再继续揽拌化至充分反应，反应完全 后减压除去残余单体，过200目滤布，制得固含量为50%、粘度为SOmPa.S的水性粘结剂。 W27] 实施例二
[0028]将15g丙締酸裡单体和150g去离子水加入反应蓋中，揽拌速度为250转/分，在 60°C的溫度下，通入高纯成驱氧0.化，加入过硫酸锭0. 5g，滴加20g苯乙締和65g丙締酸 下醋组成的混合单体，滴加化至混合单体全部滴完，再继续揽拌化至充分反应，反应完全 后减压除去残余单体，过300目滤布，制得固含量为40%、粘度为eOOmPa.S的水性粘结剂。 W29] 实施例S
[0030] 将IOg甲基丙締酸裡单体和122g去离子水加入反应蓋中，揽拌速度为250转/分， 在65°C的溫度下，通入高纯成驱氧比，加入过硫酸锭0. 6g，滴加30g苯乙締和50g丙締酸 异辛醋组成的混合单体，滴加地至混合单体全部滴完，再继续揽拌化至充分反应，反应完 全后减压除去残余单体，过300目滤布，制得固含量为45%、粘度为1000 mPa.S的水性粘结 剂。 阳0川实施例四
[0032] 将20g甲基丙締酸裡单体和185g去离子水加入反应蓋中，揽拌速度为300转/分， 在70°C的溫度下，通入高纯成驱氧比，加入过硫酸锭0. 4g，滴加40g丙締酸下醋和40g丙 締酸异辛醋组成的混合单体，滴加化至混合单体全部滴完，再继续揽拌地至充分反应，反 应完全后减压除去残余单体，过300目滤布，制得固含量为35%、