一种水性粘合剂及其制备方法，应用了该水性粘合剂的电极片、隔离膜和电池技术

本申请涉及一种水性粘合剂，其特征在于，为含有核壳结构乳胶粒子的乳液，其中，核壳结构乳胶粒子的核含有含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B；核壳结构乳胶粒子的壳含有亲水性聚合物M；所述乳液中核壳结构乳胶粒子的固含量为5～50wt％。采用该水性粘合剂制备的电极片，用于锂离子电池，锂离子电池容量发挥高，极片及隔膜界面粘结性好，电池循环寿命长；以该水性粘合剂预处理过的隔离膜，离子电导率高，与极片间粘结力强。

【技术实现步骤摘要】
一种水性粘合剂及其制备方法，应用了该水性粘合剂的电极片、隔离膜和电池
本申请涉及一种水性粘合剂、其制备方法及应用，属于锂离子电池材料领域。
技术介绍
锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、开路电压高、安全稳定等一系列优点，在短短的十几年内，得到了迅速发展，因而广泛地用于为笔记本电脑、数码相机、摄像机、移动通讯设备等各种移动设备和装置提供电源。锂离子电池由正极片、隔离膜、负极片、电解液和电池包装壳组成。在锂离子电池的正极片、隔离膜、负极片的制备过程中大都需要粘合剂，以将活性材料制备成浆料，继而进行涂布、干燥等工艺。锂离子电池用粘合剂主要分为两类，一类是油性粘合剂，采用有机溶剂作为分散剂；一类是水性粘合剂，采用水作为分散剂。与油粘合剂相比，以水为分散剂的水性粘合剂在制备过程中无溶剂释放、对环境友好、生成成本低、安全高，越来越受到研究者们的重视，成为粘合剂行业的重要发展方向。目前水性粘合剂在大规模使用过程中，主要存在的问题有：第一，由于粘合剂选择的不合理，造成粘结性能很差，容易掉粉；第二，由于水的表面张力较高，粉料质量份额大，浆料难以搅匀，烘烤时难以流平。第三，制作的极片较硬。本申请提供了一种锂离子电池用水性粘合剂，可用于锂离子电池极片制作和隔离膜预处理，为锂电池的生产带来环境友好性工艺，并提供一种锂离子电池极片用新型粘合剂和多孔隔离膜改性材料。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种水性粘合剂，该水性粘合剂可用于电极极片的制作和隔离膜的预处理，提高电极的充放电动力学，增加隔离膜的离子电导率，同时，水性体系的使用，有利于环境友好生产工艺的开发，减少锂离子电池行业内有机溶剂的使用，增加生产车间的安全，为员工提供一个健康的工作环境。所述水性粘合剂的特征在于，为含有核壳结构乳胶粒子的乳液，其中，核壳结构乳胶粒子的核含有含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B；核壳结构乳胶粒子的壳含有亲水性聚合物M；所述乳液中核壳结构乳胶粒子的固含量为5～50wt％。所述乳液中核壳结构乳胶粒子的固含量的优选范围的上限为45wt％、40wt％、35wt％、30wt％中的一个；所述乳液中核壳结构乳胶粒子的固含量的优选范围的下限为8wt％、10wt％、15wt％、20wt％中的一个。其中，所述含有核壳结构乳胶粒子的乳液中，核壳结构乳胶粒子占总固体物的90～100wt％；所述核壳结构乳胶粒子的核中，含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B重量之和占整个核重量的90～100wt％；所述核壳结构乳胶粒子的壳中，亲水性聚合物M占整个壳重量的90～100wt％。所述含氟聚合物A含有任选自含有氟元素的聚合物中的一种或几种的混合物。优选地，所述含氟聚合物A含有一种或多种聚合物组分，且每种聚合物组分为由包括选自含氟烯烃单体中的至少一种的单体聚合而成的聚合物。所述含氟烯烃单体的碳原子数的下限为2，所述含氟烯烃单体的碳原子数的上限可为3、5、7、10。在所述含氟聚合物A中，源自所述含氟烯烃单体的结构单元的含量可为95～100wt％；优选地含量范围为98～100wt％；进一步优选的含量为100wt％。所述含氟烯烃单体中可包含一个或两个以上的碳碳双键。优选地，所述含氟烯烃单体中，氟与碳的原子比为1～3；进一步优选地，氟与碳的原子比为2～3。所述含氟烯烃单体中还可含有除氟以外的其他卤族元素。其他卤族元素具体而言可为氯、溴、碘。在含氟烯烃单体中，其他卤族元素与碳的原子比可为0.1～1；优选地，其他卤素元素与碳原子的比可为0.2～0.8；进一步优选地，其他卤素元素与碳原子的比可为0.3～0.5。优选地，所述含氟聚合物A为亲油性聚合物。优选地，所述含氟聚合物A选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟丙烯共聚物中的至少一种。本申请中，所述无氟亲油极性聚合物B由任意一种或几种不含氟元素且含有不饱和碳键的单体聚合得到。优选地，所述无氟亲油极性聚合物B的化学结构式中，至少含有式(1)中的结构单元：其中，R1、R2、R3独立地任选自氢、碳原子数为1～10的烷基；R4是碳原子数为1～15且含有任选自酯基、腈基、烷氧基、酮基、醛基、酚基中至少一种基团的基团。在R1、R2、R3为烷基的情况下，所述烷基的碳原子数的上限值还可为3、5、7。R4的碳原子数的上限值还可为5、7、10、12。无氟亲油极性聚合物B中，具有式(1)结构的单元占整个无氟亲油极性聚合物B的比例为80～100wt％。具有式(1)结构的单元占整个无氟亲油极性聚合物B的比例优选范围的下限值还可为85wt％、90wt％、95wt％、98wt％中的一个。优选地，式(1)中所述R1为氢；R2为氢；R3为氢或-CH3；R4任选自-COOCH3、-COOCH2CH3、-OCOCH3、-CN或-COO(CH2)3CH3。本申请中，含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B要具有相容性或部分相容性，以降低含氟聚合物A的结晶度。无氟亲油极性聚合物B具有较好的电解液吸收能力，可以在提高核壳结构乳胶粒子的核的电解液吸收能力的同时，增加其柔顺性。所述含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B需要保持一定的比例，控制聚合物共混体系的结晶度。含氟聚合物A的量过高时，结晶度较高，电解液吸收量少；无氟亲油极性聚合物B的量过高时，粘合剂柔性较差，易发生极片脆断。本领域技术人员可通过调节核芯层的含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B的比例，调控粘合剂的柔性和电化学性能。优选地，所述含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B的重量比为A∶B＝I～9∶9～1；进一步优选地，所述含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B的重量比为A∶B＝3～7∶7～3；进一步优选地，所述含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B的重量比为A∶B＝4～6∶8～2。优选地，所述亲水性聚合物M的化学结构式中，至少包含式(2)中的结构单元：其中，R5、R7独立地任选自氢、碳原子数为1～10的烷基；R6为氢或R6是碳原子数为1～10且含有选自羧酸基、羧酸盐基、酰胺基、烷基酰胺基中至少一种基团的基团；R8是碳原子数为1～10且含有选自羧酸基、羧酸盐基、酰胺基、烷基酰胺基中至少一种基团的基团。所述羧酸盐基任选自羧酸碱金属盐基或者羧酸碱土金属盐基。在R5、R7为烷基的情况下，所述烷基的碳原子数的上限值还可为3、5、7。R6、R8的碳原子数的上限值还可为3、5、7。所述亲水性聚合物M中，具有式(2)结构的单元占整个亲水性聚合物M的比例为80～100wt％。具有式(2)结构的单元占占整个亲水性聚合物M的比例优选范围的下限值可为85wt％、90wt％、95wt％、98wt％中的一个。优选地，式(2)中，所述R5为氢；R6任选自-COOH、-COOLi、-COONa、-COOK；R7为氢或-CH3；R8任选自-COOH、-COOLi、-COONa、-COOK、-CONH2、-CONHCH3、-CON(CH3)2。本申请所述核壳结构乳胶粒子中，作为核的含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B，与作为壳的亲水性聚合物M需要维持一定的比例，以确保粘合剂的稳定性和粘结性，A和B的比例过高，胶粘剂的粘结力小；亲水性聚合物M比例过高，电解液的吸收量和胶粘剂的柔性减小，而通过调节壳层高极性亲水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性粘合剂，其特征在于，为含有核壳结构乳胶粒子的乳液，其中，核壳结构乳胶粒子的核含有含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B；核壳结构乳胶粒子的壳含有亲水性聚合物M；所述乳液中核壳结构乳胶粒子的固含量为5～50wt％。

【技术特征摘要】
1.一种水性粘合剂，其特征在于，为含有核壳结构乳胶粒子的乳液，其中，核壳结构乳胶粒子的核含有含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B；所述含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B的重量比为A：B＝1～9：9～1；核壳结构乳胶粒子的壳含有亲水性聚合物M；所述乳液中核壳结构乳胶粒子的固含量为5～50wt％。2.根据权利要求1所述的水性粘合剂，其特征在于，所述含氟聚合物A含有一种或多种聚合物组分，且每种聚合物组分为由包括选自含氟烯烃单体中的至少一种的单体聚合而成的聚合物。3.根据权利要求2所述的水性粘合剂，其特征在于，所述含氟聚合物A选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟丙烯共聚物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的水性粘合剂，其特征在于，所述无氟亲油极性聚合物B的化学结构式中，至少含有式(1)中的结构单元：其中，R1、R2、R3独立地任选自氢、碳原子数为1～10的烷基；R4是碳原子数为1～15且含有选自酯基、腈基、烷氧基、酮基、醛基、酚基中至少一种基团的基团。5.根据权利要求4所述的水性粘合剂，其特征在于，式(1)中所述R1为氢；R2为氢；R3为氢或-CH3；R4任选自-COOCH3、-COOCH2CH3、-OCOCH3、-CN或-COO(CH2)3CH3。6.根据权利要求1所述的水性粘合剂，其特征在于，所述亲水性聚合物M的化学结构式中，至少包含式(2)中的结构单元：其中，R5、R7独立地任选自氢、碳原子数为1～10的烷基；R6为氢或R6是碳原子数为1～10且含有选自羧酸基、羧酸盐基、酰胺基、烷基酰胺基中至少一种基团的基团；R8是碳原子数为1～10且含有选自羧酸基、羧酸盐基、酰胺基、烷基酰胺基中至少一种基团的基团。7.根据权利要求6所述的水性粘合剂，其特征在于，式(2)中，所述R5为氢；R6任选自-COOH、-COOLi、-COONa、-COOK；R7为氢或-CH3；R8任选自-COOH、-COOLi、-COONa、-COOK、-CONH2、-CONHCH3、-CON(CH3)2。8.根据权利要求6所述的水性粘合剂，其特征在于，所述含氟聚合物A和无氟亲油极性聚合物B与亲水性聚合物M的重量比为(A+B)：M＝3～9：7～1。9.权利要求1所述水性粘合剂的制备方法，其特征在于，至少含有以下步骤：a)将无氟亲油极性聚合物B的单体和含氟聚合物A加入非水溶性溶剂中，混合均匀，得到体系I；b)将亲水聚合物M的单体和乳化剂在水中分散均匀后，调节pH值至7～9，得到体系II；c)将体系I和体系II混合均匀，充分乳化后，除去非水溶性溶剂，得到体系III；d)在30～90℃温度下，氮气或惰性气体气氛中，向体系III中加入聚合反应引发剂，待聚合反应完成后，即得所述水性粘合剂。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述无氟亲油极性聚合物B的单体按照重量比x：y＝1～9：9～1分成x和y两部分；步骤a)中无氟亲油极性聚合物B的单体的x部分与含氟聚合物A在非水溶性溶剂中混合均匀，得到体系I；步骤c)中，将体系I和体系II混合均匀后，除去非水溶性溶剂，加入无氟亲油极性聚合物B的单体的y部分，得到体系III。11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物A含有一种或多种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛武，平翔，程文强，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35