粘结剂、组合物、电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种电化学电池用粘结剂，为共聚物，所述共聚物具有第一重复单元和第二重复单元，所述第一重复单元具有第一侧基，所述第一侧基具有第一端基，所述第一端基为极性官能团；所述第二重复单元具有第二侧基，所述第二侧基具有第二端基，所述第二端基为环氧基。本发明专利技术还提供包括所述粘结剂和活性物质颗粒的组合物、电化学电池电极材料及其制备方法。使用本发明专利技术的粘结剂得到的电极材料，活性物质不易脱落，电极结构稳定性高。

Binder, composition, electrode material and preparation method thereof

The invention provides a binder for an electrochemical battery, which is a copolymer having a first repeating unit and a second repeating unit, the first repeating unit having a first side group, the first side group having a first end group, the first end group being a polar functional group, and the second repeating unit having a second side group. The second side base has second end groups, and the second end group is epoxy group. The invention also provides a composition including the binder and the active material particle, an electrochemical battery electrode material and a preparation method thereof. The electrode material obtained by using the binder of the invention has the advantages that the active material is not easy to fall off and the electrode structure is stable.

【技术实现步骤摘要】
粘结剂、组合物、电极材料及其制备方法
本专利技术涉及电池领域，特别是涉及一种粘结剂、组合物、电极材料及其制备方法。
技术介绍
电化学电池的电极一般由集流体、活性物质、导电剂和粘结剂组成，其中，粘结剂的功能是保障活性物质与导电剂、活性物质与集流体以及活性物质与活性物质之间的良好接触，以及保障整个电极在充放电循环过程中保持结构稳定性，从而保障电池使用过程中良好的电子通路和稳定的电性能。然而，传统电极所用的粘结剂一般通过氢键、范德华力等弱作用力与活性物质结合，随着电池的长时间使用，不但不能保障电极的结构稳定性，而且存在活性物质易从电极脱落的风险。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够保障电极结构稳定性的粘结剂、组合物、电极材料及其制备方法。一种电化学电池用粘结剂，为共聚物，所述共聚物具有第一重复单元和第二重复单元，所述第一重复单元具有第一侧基，所述第一侧基具有第一端基，所述第一端基为极性官能团；所述第二重复单元具有第二侧基，所述第二侧基具有第二端基，所述第二端基为环氧基。在其中一个实施例中，所述共聚物为线形聚合物，所述线形聚合物的通式为其中，A为第一重复单元，B为第二重复单元，D为第三重复单元，n、m和z为大于等于1的整数，r为大于等于0的整数。在其中一个实施例中，所述第一重复单元和所述第二重复单元独立地选自聚烯烃、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚缩醛、聚氨酯、聚砜和聚苯醚酮的重复单元中的一种。在其中一个实施例中，所述第一重复单元如通式I所示，所述第二重复单元如通式II所示：其中，R1、R2、R3和R4中至少一个为所述第一侧基，其余独立地为H、F、Cl、Br、具有1～10个碳原子的烷基、乙氧基、芳香基、酯基、羰基、酰胺基或其组合；R5、R6、R7和R8中至少一个为所述第二侧基，其余独立地为H、F、Cl、Br、具有1～10个碳原子的烷基、乙氧基、芳香基、酯基、羰基、酰胺基或其组合。在其中一个实施例中，所述第一侧基为-X、-R6-X，或所述第二侧基为-Y、-R9-Y，或其中，R6和R9独立地为未被取代的或至少一个H原子被取代的具有1～9个碳原子的烷基、芳香基或其组合，X为所述极性官能团，Y为所述环氧基。在其中一个实施例中，R9为具有1～4个碳原子的直链烷基。在其中一个实施例中，所述粘结剂为如结构式II至结构式V所示聚合物中的至少一种：在其中一个实施例中，所述极性官能团为羟基和羧基中的至少一种，所述环氧基为未被取代的或至少一个H原子被取代的环氧乙烷基。在其中一个实施例中，所述第一重复单元和所述第二重复单元的摩尔比为1:5～7:1。在其中一个实施例中，所述共聚物还包括第三重复单元，所述第三重复单元具有共扼π-键。一种组合物，包括上述电化学电池用粘结剂以及活性物质颗粒，所述活性物质颗粒表面具有能够与所述环氧基发生亲核加成反应的活性基团。在其中一个实施例中，所述活性基团为羟基、羧基、氰基、异氰基和氨基中的至少一种。在其中一个实施例中，所述粘结剂与所述活性物质颗粒的质量比为1:3～1:8。在其中一个实施例中，所述电化学电池为锂离子电池或钠离子电池，所述活性物质颗粒为正极活性材料或负极活性材料。一种电化学电池电极材料，包括所述组合物中所述活性物质颗粒表面的活性基团与所述电化学电池用粘结剂的环氧基通过原位交联反应得到的三维网络结构。一种电化学电池电极材料的制备方法，包括：提供所述组合物和溶剂；混合所述组合物和溶剂，得到混合物；以及将所述混合物置于真空环境中加热，使所述活性物质颗粒表面的活性基团与所述电化学电池用粘结剂的环氧基发生原位交联反应得到三维网络结构。在其中一个实施例中，所述加热温度为60℃至160℃。在其中一个实施例中，在将所述混合物置于真空环境中加热前，还包括将所述混合物涂覆在集流体表面，形成电极材料层的步骤。本专利技术提供的粘结剂，通过所述第一支链的极性官能团将所述活性物质颗粒和所述集流体粘结在一起，通过所述第二支链的环氧基与所述活性物质颗粒表面的活性基团之间发生的化学反应，不仅能够使所述粘结剂在所述活性物质颗粒表面原位接枝一层高分子弹性薄膜，而且粘结剂和活性物质颗粒的原位交联能够建立稳定的三维空间结构。所述高分子弹性薄膜在所述电极体积膨胀/收缩过程中能够保持与活性物质颗粒的紧密接触，保障活性物质颗粒的电接触和电极空间结构的稳定性，并且所述高分子弹性薄膜还具有稳定SEI(solidelectrolyteinterface)膜的作用。稳定的三维空间结构能够缓解所述电极微观膨胀和收缩带来的极片的宏观体积变化，保障各种材料之间的相互位置、提高电极宏观及微观结构的稳定性。附图说明图1为本专利技术提供的粘结剂和电极材料形成的三维空间的形成机理示意图；图2为本专利技术实施例5、实施例12和对比例1提供的锂离子电池的循环性能曲线；图3为本专利技术实施例5～8提供的锂离子电池的循环性能曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种电化学电池用粘结剂，所述粘结剂为具有第一重复单元和第二重复单元的共聚物。所述第一重复单元具有第一侧基，所述第一侧基具有第一端基，所述第一端基为极性官能团。所述第二重复单元具有第二侧基，所述第二侧基具有第二端基，所述第二端基为环氧基。请参阅图1，本专利技术提供的粘结剂，可用于将活性物质颗粒粘结在集流体表面，从而形成电化学电池的电极。所述活性物质颗粒表面可具有能够与所述环氧基反应的活性基团。所述粘结剂通过所述第一支链的极性官能团将所述活性物质颗粒和所述集流体粘结在一起，通过所述第二支链的环氧基与所述活性物质颗粒表面的活性基团之间发生的化学反应，不仅能够使所述粘结剂在所述活性物质颗粒表面原位接枝一层高分子弹性薄膜，而且粘结剂和活性物质颗粒的原位交联能够建立稳定的三维空间结构。所述高分子弹性薄膜在所述电极体积膨胀/收缩过程中能够保持与活性物质颗粒的紧密接触，保障活性物质颗粒的电接触和电极空间结构的稳定性，并且所述高分子弹性薄膜还具有稳定SEI(solidelectrolyteinterface)膜的作用。稳定的三维空间结构能够缓解所述电极微观膨胀和收缩带来的极片的宏观体积变化，保障各种材料之间的相互位置、提高电极宏观及微观结构的稳定性。优选地，所述粘结剂可为线形共聚物，线形共聚物的溶解性更高，且能够在后续与活性物质颗粒表面的活性基团反应时再形成三维网络结构，从而将活性物质颗粒包裹起来。所述粘结剂的通式可为其中，A为第一重复单元，B为第二重复单元，D为第三重复单元，n、m和z为大于等于1的整数，r为大于等于0的整数。所述第一重复单元、所述第二重复单元和所述第三重复单元可独立地选自聚烯烃、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚缩醛、聚氨酯、聚砜和聚苯醚酮的重复单元中的一种，例如所述第一重复单元、所述第二重复单元和所述第三重复单元可独立地选自下列重复单元中的一种：在一实施例中，所述第一重复单元如通式I所示，所述第二重复单元如通式II所示：其中，R1、R2、R3和R4中至少一个为所述第一侧基，其余独立地为H、F、Cl、Br、具有1～10个碳原子的烷基、乙氧基、芳香基、酯基、羰基、酰胺基或其组合；R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学电池用粘结剂，为共聚物，所述共聚物具有第一重复单元和第二重复单元，其特征在于，所述第一重复单元具有第一侧基，所述第一侧基具有第一端基，所述第一端基为极性官能团；所述第二重复单元具有第二侧基，所述第二侧基具有第二端基，所述第二端基为环氧基。

【技术特征摘要】
1.一种电化学电池用粘结剂，为共聚物，所述共聚物具有第一重复单元和第二重复单元，其特征在于，所述第一重复单元具有第一侧基，所述第一侧基具有第一端基，所述第一端基为极性官能团；所述第二重复单元具有第二侧基，所述第二侧基具有第二端基，所述第二端基为环氧基。2.根据权利要求1所述的电化学电池用粘结剂，其特征在于，所述共聚物为线形聚合物，所述线形聚合物的通式为其中，A为第一重复单元，B为第二重复单元，D为第三重复单元，n、m和z为大于等于1的整数，r为大于等于0的整数。3.根据权利要求2所述的电化学电池用粘结剂，其特征在于，所述第一重复单元和所述第二重复单元分别独立地选自聚烯烃、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚缩醛、聚氨酯、聚砜和聚苯醚酮的重复单元中的一种。4.根据权利要求3所述的电化学电池用粘结剂，其特征在于，所述第一重复单元如通式I所示，所述第二重复单元如通式II所示：其中，R1、R2、R3和R4中至少一个为所述第一侧基，其余独立地为H、F、Cl、Br、具有1～10个碳原子的烷基、乙氧基、芳香基、酯基、羰基、酰胺基或其组合；R5、R6、R7和R8中至少一个为所述第二侧基，其余独立地为H、F、Cl、Br、具有1～10个碳原子的烷基、乙氧基、芳香基、酯基、羰基、酰胺基或其组合。5.根据权利要求4所述的电化学电池用粘结剂，其特征在于，所述第一侧基为-X、-R6-X，或所述第二侧基为-Y、-R9-Y，或其中，R6和R9分别独立地为未被取代的或至少一个H原子被取代的具有1～9个碳原子的烷基、芳香基或其组合，X为所述极性官能团，Y为所述环氧基。6.根据权利要求5所述的电化学电池用粘结剂，其特征在于，R9为具有1～4个碳原子的直链烷基。7.根据权利要求6所述的电化学电池用粘结剂，其特征在于，所述粘结剂为如结构式II、结构式III、结构式IV和结构式V所示聚合物中的至少一种：8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，何向明，赵云，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11