粘结剂及其锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体讲，涉及一种锂离子电池负极水性粘结剂，该粘结剂具有两亲性结构单元和柔性结构单元。本发明专利技术通过调整柔性功能结构单元的比例以及该粘结剂乳液的颗粒大小，获得加工性能良好、动力学性能优异的锂离子电池粘结剂。本发明专利技术还涉及含有本发明专利技术粘结剂的锂离子电池，本发明专利技术的锂离子电池在极片制备过程中无脱膜、脱碳现象，加工性能良好，可有效降低电池的DCR，电池负极析锂现象改善明显，并且具有优异的倍率性能。

Binder and lithium ion battery

The invention relates to the field of lithium ion battery materials, in particular to a lithium ion battery negative electrode water binder, which is provided with a two affinity structural unit and a flexible structural unit. By adjusting the proportion of the flexible functional structure unit and the particle size of the binder emulsion, the invention provides a lithium ion battery adhesive with good processing performance and excellent dynamic performance. The invention also relates to a lithium ion battery containing the binder of the invention, the lithium ion battery of the invention in the pole piece preparation without stripping, decarburization process, good processing performance, can effectively reduce the DCR of battery, lithium battery cathode condensate phenomenon improved significantly, and has excellent rate performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体讲，涉及一种锂离子电池粘结剂。
技术介绍
相较于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、对环境无污染等诸多优点，已成为新能源汽车蓄电池发展的必然方向。同时，为了适应各种不同的使用工况和使用环境，人们对于锂离子电池的能量密度、功率性能、循环寿命以及安全性能的要求越来越高。其中，降低电池的直流阻抗(DCR)，提高其动力学性能，是实现其高功率性能的有效途径。目前，动力型锂离子电池水性负极极片一般采用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)或丙烯腈的多元共聚物(LA系列聚合物)作为粘结剂。采用SBR作为粘结剂，所制备的极片具有良好的柔韧性，且粘结力大，在涂布、裁片、分条以及卷绕的过程中很少出现极片脱膜、脱碳的现象，加工性能良好。然而，由于SBR粘结剂与极性的电解液亲和性较差，易导致充放电过程中锂离子在粘结剂中的传导困难，电池的内部电阻增加，这一现象在低温下更加明显，体现为电池低温下负极析锂更加严重，电池的动力学性能较差，难以满足动力电池大倍率充(3C)放(7C)电的需求。采用LA系列聚合物作为粘结剂，由于其分子链上含有大量负电性的极性基团，如-CN、-COOR(R＝H，Li，-CH3等)等，有利于Li+在粘结剂中的快速传导；另一方面，该粘结剂具有较高的Tg(～70℃)，在常温下聚合物较硬，极片经过冷压后，粘结剂颗粒可在活性物质颗粒间起到有效的支撑作用，造成一定的孔隙，为Li+的快速传输提供了有利的通道。因此，使用该类粘结剂的锂离子电池具有良好的动力学性能。然而，其过高的Tg也易导致极片的硬、脆，因此，该粘结剂在涂布过程中易出现开裂现象、冷压后出现许多条纹、裁片时边缘脱碳以及卷绕过程中极片弯折处掉粉的现象，加工性能差，从而严重制约了其在动力电池中的应用。为了克服现有技术中存在的缺陷，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的首要专利技术目的在于提出一种粘结剂。本专利技术的第二专利技术目的在于提出使用该粘结剂的制备方法。本专利技术的第二专利技术目的在于提出一种含有该粘结剂的锂离子电池。为了完成本专利技术的目的，采用的技术方案为：本专利技术涉及一种粘结剂，该粘结剂具有两亲性结构单元和柔性结构单元，两亲性结构单元的结构式如式Ⅰ所示，柔性结构单元的结构式如式Ⅱ所示，其中，在式Ⅰ中，R2为亲水性基团，R1、R3、R4为亲油性基团；R1、R3各自独立的选自：-H，C1-6烷基，C1-6烷氧基，C1-6烷酰氧基，C1-6烷酰胺基；R2选自：-OH，-SO3H及其可溶性盐，-COOH或其可溶性盐，C1-6烷酰胺基，取代的芳基或其可溶性盐，取代的C1-6烷基或其可溶性盐，取代基选自-F、-OH、-COOH、-SO3H、C1-3烷基；所述可溶性盐为锂盐、钠盐；R4选自：-CN，C1-8烷酰氧基，C1-6烷基，C1-6烷氧基；在式Ⅱ中，R5、R6、R7、R8各自独立的选自：-H，-F，取代或未取代的C1-6烷基；取代基选自-F；x的范围为：0.1≤x≤0.8，y的范围为：0.1≤y≤0.8，m的范围为：0.1≤m≤0.3，n的范围为0≤n≤0.1；并且满足x+y+m+n＝1。优选的：在式Ⅰ中：R1、R3各自独立的选自：-H，C1-3烷基；R2选自：-OH，-SO3H及其可溶性盐，-COOH及其可溶性盐，C1-4烷酰胺基，取代的苯基及其可溶性盐，取代的C1-3烷基及其可溶性盐；取代基选自-F、-OH、-COOH、-SO3H；R4选自：-CN，C1-6酰氧基；在式Ⅱ中：R5、R6、R7、R8各自独立的选自：-H，-F，C1-3烷基，多氟代C1-3烷基。优选的：在式Ⅰ中：R1、R3各自独立的选自：-H，-CH3；R2选自：羧基取代的苯基及其可溶性盐，-CONH2，-CONHCH3，-CONCH2CH3，-CH2OH，-C(CH2)2OH，-COOH，-COOLi，-COONa；R4选自：-CN，-COOCH3，-COOCH2CH3，-COO(CH2)2CH3，-COOCH(CH3)2，-COOC(CH3)3，-COO(CH2)3CH3；在式Ⅱ中：R5、R6各自独立的选自：-H，-CH3，-F，CF3；R7选自：-F，-CH3，-CF3；R8选自：-F，-CH3，-CF3，-CH2CH3，-CH(CH3)2。优选的，两亲性结构单元与柔性结构单元的摩尔比为：(x+y)：(m+n)＝0.65～0.9：0.35～0.1。本专利技术的第四优选技术方案为，两亲性结构单元中，x：y＝0.1～0.9：0.1～0.9。优选的，粘结剂在水中为自乳化型乳液粘结剂乳液粒径大小为100～800nm。优选的，粘结剂的玻璃化转变温度为0℃～70℃。本专利技术还涉及该粘结剂的制备方法，该粘结剂由两亲性单体和柔性单体共聚而成，两亲性单体结构式如式Ⅲ所示，柔性单体的结构式如式Ⅳ所示：式Ⅲ：式Ⅳ：在式Ⅲ中R1、R2、R3、R4所表示含义与在式Ⅰ中相同，在式Ⅳ中，R5、R6、R7、R8所表示含义与在式Ⅱ中相同。本专利技术还涉及一种锂离子电池，包含正极，负极以及位于正极和负极之间的隔离膜和电解质，在其正极、负极、隔离膜中至少之一含有本专利技术的粘结剂。进一步优选的，锂离子电池为动力型锂离子电池，在负极含有该粘结剂。其中，负极含有负极膜片和负极集流体，粘结剂占负极膜片的质量百分含量为1.0～5.0％。本专利技术的有益效果包括：(1)本专利技术的粘结剂用于动力型锂离子电池，在极片制备过程中无脱膜、脱碳现象，加工性能良好。通过调整该乳液的颗粒大小以及柔性功能结构单元的比例，可获得加工性能良好、动力学性能优异的粘结剂。(2)本专利技术的粘结剂用于动力型锂离子电池中，可有效降低电池的DCR。(3)本专利技术的粘结剂用于动力型锂离子电池中，电池负极析锂现象改善明显。(4)本专利技术的粘结剂用于动力型锂离子电池中，电池具有优异的倍率性能。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。本专利技术的粘结剂是一种线性高分子材料，具有两亲性结构单元和柔性结构单元，其中，两亲性结构单元包含亲水性基团和亲油性基团；柔性功能结构单元包含功能性基团和可交联的丁二烯单元。本专利技术中的“亲水性基团\，具有溶于水，或容易与水亲和的原子团。本专利技术中的“亲油性基团”，指对水无亲和力，不溶于水或溶解度极小的基团。本专利技术的粘结剂中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂具有两亲性结构单元和柔性结构单元，所述两亲性结构单元的结构式如式Ⅰ所示，所述柔性结构单元的结构式如式Ⅱ所示，其中，在式Ⅰ中，R2为亲水性基团，R1、R3、R4为亲油性基团；R1、R3各自独立的选自：‑H，C1‑6烷基，C1‑6烷氧基，C1‑6烷酰氧基，C1‑6烷酰胺基；R2选自：‑OH，‑SO3H及其可溶性盐，‑COOH或其可溶性盐，C1‑6烷酰胺基，取代的芳基或其可溶性盐，取代的C1‑6烷基或其可溶性盐；取代基选自‑F、‑OH、‑COOH、‑SO3H、C1‑3烷基；所述可溶性盐选自锂盐、钠盐；R4选自：‑CN，C1‑8的直链或支链烷酰氧基，C1‑6烷基，C1‑6烷氧基；在式Ⅱ中，R5、R6、R7、R8各自独立的选自：‑H，‑F，取代或未取代的C1‑6烷基；取代基选自‑F；x的范围为：0.1≤x≤0.8，y的范围为：0.1≤y≤0.8，m的范围为：0.1≤m≤0.3，n的范围为0≤n≤0.1；并且满足x+y+m+n＝1。

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂具有两亲性结构单元和柔性结构单元，所述两
亲性结构单元的结构式如式Ⅰ所示，所述柔性结构单元的结构式如式Ⅱ所示，
其中，
在式Ⅰ中，R2为亲水性基团，R1、R3、R4为亲油性基团；
R1、R3各自独立的选自：-H，C1-6烷基，C1-6烷氧基，C1-6烷酰氧基，C1-6烷酰胺基；
R2选自：-OH，-SO3H及其可溶性盐，-COOH或其可溶性盐，C1-6烷酰胺基，取代的芳基或其
可溶性盐，取代的C1-6烷基或其可溶性盐；取代基选自-F、-OH、-COOH、-SO3H、C1-3烷基；所述
可溶性盐选自锂盐、钠盐；
R4选自：-CN，C1-8的直链或支链烷酰氧基，C1-6烷基，C1-6烷氧基；
在式Ⅱ中，R5、R6、R7、R8各自独立的选自：-H，-F，取代或未取代的C1-6烷基；取代基选自-
F；
x的范围为：0.1≤x≤0.8，y的范围为：0.1≤y≤0.8，m的范围为：0.1≤m≤0.3，n的范围
为0≤n≤0.1；并且满足x+y+m+n＝1。
2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，
在式Ⅰ中：
R1、R3各自独立的选自：-H，C1-3烷基；
R2选自：-OH，-SO3H及其可溶性盐，-COOH及其可溶性盐，C1-4烷酰胺基，取代的苯基及其
可溶性盐，取代的C1-3烷基及其可溶性盐；取代基选自-F、-OH、-COOH、-SO3H；
R4选自：-CN，C1-6酰氧基；
在式Ⅱ中：
R5、R6、R7、R8各自独立的选自：-H，-F，C1-3烷基，多氟代C1-3烷基。
3.根据权利要求2所述的粘结剂，其特征在于，
在式Ⅰ中：
R1、R3各自独立的选自：-H，-CH3；...

【专利技术属性】
技术研发人员：石长川，钟泽，孙成栋，魏增斌，郑义，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44