一种粘结剂，使用该粘结剂的电极极片及二次电池制造技术

本申请涉及一种粘结剂，粘结剂中含有共聚物，共聚物由单体I、单体II和单体III聚合而获得。将该粘结剂用于负极活性物质为硅碳复合材料的二次电池中，能够有效抑制硅基材料的膨胀，同时提升电池的循环性能。

A binder used for electrode plates and secondary batteries.

This application relates to a binder containing copolymers obtained by polymerization of monomer I, monomer II and monomer III. The binder can effectively inhibit the expansion of silicon-based materials and improve the cycle performance of secondary batteries with negative active material as silicon-carbon composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种粘结剂，使用该粘结剂的电极极片及二次电池
本申请涉及二次电池领域，具体讲，涉及一种粘结剂，使用该粘结剂的电极极片，以及含有使用该粘结剂的电极极片的二次电池。
技术介绍
二次电池，尤其是锂离子电池具有高容量、长循环、无记忆效应、自放电少、使用温度范围宽、高倍率性等性能，已经被广泛的应用到手机、电脑、电动自行车和电动汽车等领域。电池在使用过程中，由于锂离子的嵌入脱出，正负极极片会发生体积膨胀，影响锂离子电池的性能。目前，如何有效降低极片膨胀、抑制反弹是研究的重点之一。在负极膜片中，含有作为负极活性物质的石墨、硅材料，以及粘结剂。硅基材料具有的高容量、循环性能好和倍率性好等优点，越来越受到重视。但是在充放电过程中体积膨胀较大，影响电池性能，使其应用受到限制。为了抑制硅基材料的膨胀，可通过对粘结剂进行结构设计及改性，起到抑制膨胀的作用。理想的粘结剂应具有有效的粘接性能及强大的高分子结构所拥有的内聚力，能够很好的抑制负极材料的膨胀。因此，制备一种用量少、粘结力强并能有效抑制极片膨胀，特别是硅基材料膨胀的粘结剂不仅是未来的发展趋势，更是市场的迫切需求。鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本申请的首要目的在于提供一种用于二次电池的粘结剂。本申请的第二目的在于提供使用所述粘结剂的电极极片。本申请的第三目的在于提供含有使用该粘结剂的电极极片的二次电池。为实现上述目的，本申请的技术方案如下：本申请提供了一种粘结剂，所述粘结剂中含有共聚物，所述共聚物由单体I、单体II和单体III聚合而获得，所述单体I的结构式如式I所示：其中，R11、R12独立地选自氢或碳原子数为1～5的烷基；所述单体II的结构式如式II所示：CH2＝CH-R21(II)其中，R21选自羟基、磺酸基、酰胺基、羧基、氨基、醛基中的一种；所述单体III的结构式如式III所示：其中，R31选自氢或碳原子数为1～5的烷基；M为氢或碱金属阳离子。优选地，所述单体I为环氧乙烷。优选地，所述单体II选自乙烯醇、乙烯基磺酸、丙烯酰胺中的至少一种。优选地，所述单体III中，R31选自氢或甲基，优选所述单体III选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸锂、丙烯酸钾、丙烯酸钠、甲基丙烯酸锂、甲基丙烯酸钾、甲基丙烯酸钠中的至少一种。优选地，所述共聚物的分子量为2000～20,000,000，优选5×106～10×106。优选地，所述共聚物为无规共聚物、嵌段共聚物或交替共聚物。优选地，基于所述共聚物的总重量，所述单体I的质量百分含量为20％～30％，所述单体II的质量百分含量为20％～30％，所述单体III的质量百分含量为40％～60％。根据本申请的又一方面，提供一种电极极片，所述电极极片包括集流体及涂布在所述集流体表面的电极膜片，所述电极膜片中含有所述共聚物。优选地，所述电极膜片为负极膜片。优选地，所述负极膜片中含有负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述粘结剂中含有所述共聚物，所述共聚物在所述负极膜片中的质量百分含量为1％～8％，优选2％～4％；优选所述负极活性物质为硅碳复合材料。根据本申请的又一方面，提供一种二次电池，所述二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，所述正极极片和/或所述负极极片为所述的电极极片。本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请提供的粘结剂中含有由单体I、单体II和单体III聚合而成的共聚物，将其用于负极活性物质为硅碳复合材料的二次电池中，能够有效抑制硅基材料的膨胀，同时提升电池的循环性能。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。〔共聚物〕根据本申请的一方面，提供一种粘结剂，该粘结剂中含有由单体I、单体II和单体III共聚而获得的共聚物。单体I的结构式如式I所示：其中，R11、R12独立地选自氢或碳原子数为1～5的烷基；单体II的结构式如式II所示：CH2＝CH-R21(II)其中，R21选自羟基、磺酸基、酰胺基、羧基、氨基、醛基中的一种；单体III的结构式如式III所示：其中，R31选自氢或碳原子数为1～5的烷基；M为氢或碱金属阳离子。碳原子数为1～5的烷基，优选为链状烷基。作为烷基的实例，具体可以举出：甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、环戊基。将本申请提供的共聚物粘结剂用于二次电池，尤其是锂离子电池的负极极片中，能够在不增加电池制造成本和不损害电池性能的前提下，有效抑制硅碳负极材料的膨胀，同时提高电池的循环性能。作为单体I的一种改进，R11、R12独立地选自氢或碳原子数为1～3的烷基，进一步优选R11、R12为氢或甲基。当R11、R12均为氢时，其为环氧乙烷。作为单体II的一种改进，R21选自羟基、磺酸基、酰胺基。当R21为羟基时，其为乙烯醇；当R21为磺酸基时，其为乙烯基磺酸；当R21为酰胺基时，其为丙烯酰胺。优选单体II选自乙烯醇、乙烯基磺酸、丙烯酰胺中的至少一种。作为单体III的一种改进，R31选自氢或碳原子数为1～3的烷基，进一步优选R31选自氢或甲基；M为氢或锂、钠、钾的阳离子。进一步地，单体III选自(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酸盐中的至少一种。优选单体III选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸锂、丙烯酸钾、丙烯酸钠、甲基丙烯酸锂、甲基丙烯酸钾、甲基丙烯酸钠中的至少一种。申请人研究发现，本申请粘结剂的优越性主要体现在：形成粘结剂共聚物的三类单体都是水溶性，因此形成的共聚物在制备负极浆料的水相体系中具有很高的溶解性。并且共聚物的链段间能够形成很强的氢键作用力，能够对负极活性物质形成很好的包覆性，有效抑制其膨胀。进一步地，单体I进行开环聚合后的分子链上存在大量醚键，能够与锂离子进行络合-解络合，提升锂离子传递效率。而且，单体II中的双键打开聚合后，侧链取代基上的氢可以与负极活性物质的表面官能基团形成氢键作用力，形成对活性物质的强有力包覆，提升内聚力；同时侧链取代基上的氢与集流体表面也能够形成氢键作用力，从而提升活性物质与集流体之间的粘结力。另外，单体III聚合后具有电负性，能够对负极浆料起到悬浮分散作用，并且羰基与锂离子进行络合，提升动力学性能。作为共聚物的一种改进，其可以为无规共聚物、嵌段共聚物或交替共聚物。具体地，该共聚物可以以无规形式聚合而成，其中各结构单元在大分子链上无规则排列，没有一种结构单元能在分子链上形成单独的较长链段。该共聚物也可以以嵌段形式聚合而成，其中各结构单元的排列顺序无特殊限制，可随机进行排列。各结构单元的键合方式可以为头-尾键合、头-头键合或按上述方式混合而成的键合方式。该共聚物还可以以各单体交替的方式聚合而成，其中各单体的排列顺序无特殊限制，可随机排列。由于嵌段共聚和交替共聚对聚合反应条件的要求较高，本实施例中优选制备得到无规共聚物。作为共聚物的一种改进，共聚物的分子量为2000～20,000,000，优选5×106～10×106。当聚合物分子量小于2000时，易被电解液溶解，对抑制负极极片膨胀的改善不明显。当聚合物的分子量大于20,000,000时，浆料的加工性能变差，不易在负极表面形成均匀的负极活性物质层。该分子量的下限选自2000、5000、10,000、15,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘结剂，所述粘结剂中含有共聚物，其特征在于，所述共聚物由单体I、单体II和单体III聚合而获得，所述单体I的结构式如式I所示：

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，所述粘结剂中含有共聚物，其特征在于，所述共聚物由单体I、单体II和单体III聚合而获得，所述单体I的结构式如式I所示：其中，R11、R12独立地选自氢或碳原子数为1～5的烷基；所述单体II的结构式如式II所示：CH2＝CH-R21(II)其中，R21选自羟基、磺酸基、酰胺基、羧基、氨基、醛基中的一种；所述单体III的结构式如式III所示：其中，R31选自氢或碳原子数为1～5的烷基；M为氢或碱金属阳离子。2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述单体I为环氧乙烷。3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述单体II选自乙烯醇、乙烯基磺酸、丙烯酰胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述单体III中，R31选自氢或甲基，优选所述单体III选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸锂、丙烯酸钾、丙烯酸钠、甲基丙烯酸锂、甲基丙烯酸钾、甲基丙烯酸钠中的至少一种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的粘结剂，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙，郑义，吴博，钟泽，朱忠泗，周行，冯凌云，陶尧，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35