一种树枝状水性粘结剂、负电极极片、电池及方法技术

本发明专利技术公开了一种树枝状水性粘结剂、负电极极片、电池，涉及锂离子电池技术领域，含有主链和侧链，侧链含有酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中至少一种基团的聚合物。此粘结剂中主链是纳米纤维素材料，具有高长径比、高韧性、高模量的性能，同时，纳米纤维素可以延伸粘接不同的负极颗粒，通过高粘接性的侧链聚合物，将不同的负极颗粒粘结剂到一起。这样不同的水性粘结剂链间相互缠结，使得整个粘结剂呈现一种“网络状”的粘接效果，能够有效地适应负极颗粒(特别是硅颗粒)在脱嵌锂过程中的体积变化效应，防止导电网络的破坏。同时，网络状的包覆粘接负极颗粒，抑制了硅颗粒膨胀过程中的粉化效应。

【技术实现步骤摘要】
一种树枝状水性粘结剂、负电极极片、电池及方法
本专利技术涉及潜艇用机封
，特别涉及一种树枝状水性粘结剂、负电极极片、电池。
技术介绍
目前，随着移动电子产品和电动汽车行业的发展，对高能量密度的离子电池的需求越来越迫切。其中用硅材料(硅碳和硅氧)来提高锂电池负极的能量密度，是目前公认的提高锂电池能量密度的可行方案之一。负极粘结剂主要是将负极活性材料、导电剂和分散剂等粘接到集流体上的作用，目前主要的负极粘结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯乳液(SBR)和聚丙烯酸(PAA)。但将其用于含硅负极还存在一些问题：(1)硅材料在脱嵌锂的过程中通常具有较大的体积变化，而PVDF和SBR具有较大的电解液溶胀，其颗粒间的粘接力较弱，无法抑制电池循环过程中反复的膨胀收缩，最终导致粘接失效，导致电池容量损失。(2)PAA粘结剂具有较多的极性基团，分子间内聚力高，负电极极片液溶胀低，但其为线性高分子，且韧性差，极片加工性差。(3)含硅较高的负极脱嵌锂过程中体积变化较大。因此，目前的PVDF,SBR和PAA都无法满足要求，都存在循环中后期粘接失效而负极活性材料从集流体上脱落的问题。
技术实现思路
本专利技术目的之一是解决现有技术中的负极粘结剂存在循环中后期粘接失效而负极活性材料从集流体上脱落的的问题。本专利技术目的之二是提供一种负电极极片。本专利技术目的之三是提供一种电池。本专利技术目的之四是提供一种树枝状水性粘结剂的制备方法。本专利技术目的之五是提供一种负电极极片的制备方法。本专利技术目的之六是提供一种电池的制备方法。为达到上述目的之一，本专利技术采用以下技术方案：一种树枝状水性粘结剂，其主链为纤维棒状的纳米纤维素，侧链是化学接枝，含有酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中至少一种基团的聚合物。在上述技术方案中，本专利技术实施例的树枝状结构的水性聚合物，用于含硅负极的粘结剂，能够较好地适应负极颗粒的体积膨胀效应，抑制硅颗粒的粉化，维持导电网络的可逆膨胀，从而实现含硅负极锂离子电池的循环性能。进一步地，在本专利技术实施例中，所述纳米纤维素的直径为20-300nm，优选为20nm，所述纳米纤维素的长径比为10-300，优选为长径比为30-400。进一步地，在本专利技术实施例中，所述侧链的聚合物通过化学引发接枝不饱和烯烃单体聚合所得，不饱和烯烃单体选自水溶性的含有碳碳双键的酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中的至少一种。进一步地，在本专利技术实施例中，所述侧链的聚合物接枝率为10％-5000％，优选为100％-1000％。所述粘结剂的转化率10％-100％，优选为50％-100％，侧链的数均分子量M计算为2000-500000，优选为5000-50000。本专利技术的有益效果是：本专利技术的粘结剂中主链是纳米纤维素材料，具有高长径比、高韧性、高模量的性能，同时，纳米纤维素可以延伸粘接不同的负极颗粒，通过高粘接性的侧链聚合物，将不同的负极颗粒粘结剂到一起。这样不同的水性粘结剂链间相互缠结，使得整个粘结剂呈现一种“网络状”的粘接效果，能够有效地适应负极颗粒(特别是硅颗粒)在脱嵌锂过程中的体积变化效应，防止导电网络的破坏。同时，网络状的包覆粘接负极颗粒，抑制了硅颗粒膨胀过程中的粉化效应。为达到上述目的之二，本专利技术采用以下技术方案：一种负电极极片，具有上述目的之一中任意一项技术方案所述的树枝状水性粘结剂。为达到上述目的之三，本专利技术采用以下技术方案：一种树枝状水性粘结剂的制备方法，其中，在酸性水溶液中，通过硝酸铈铵引发纳米纤维素中的羟基，引发侧链一种或者多种水溶性含有碳碳双键的酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中的不饱和烯烃单体。为达到上述目的之四，本专利技术采用以下技术方案：一种树枝状水性粘结剂的制备方法，其中，在酸性水溶液中，通过硝酸铈铵引发纳米纤维素中的羟基，引发侧链一种或者多种水溶性含有碳碳双键的酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中的不饱和烯烃单体。进一步地，在本专利技术实施例中，在固含量为1％-5％的纳米纤维素的基础上用硝酸调节溶液pH值，pH值为2，接着搅拌并升温至25-80℃，优选为35-50℃，之后通过高纯氮气排除空气，保温搅拌20-50min后加入不饱和烯属单体、硝酸铈铵，并继续搅拌和保持氮气氛围，随着聚合反应的进行，体系粘度逐渐增大，反应4-7h后，将产物倒入甲醇溶剂中，获得沉淀聚合物，甲醇洗涤并过滤后，在50-70℃的真空干燥至恒重。更进一步地，在本专利技术实施例中，升温的温度优选为35-50℃，更进一步地，在本专利技术实施例中，纳米纤维素的固含量优选为5％，用硝酸调节溶液pH值为2，升温的温度更优选为50℃，搅拌速度为300转/分，保温搅拌优选为30min后加入不饱和烯属单体。更进一步地，在本专利技术实施例中，所述侧链的聚合物接枝率为10％-5000％，优选为100％-1000％。所述粘结剂的转化率10％-100％，优选为50％-100％，侧链的数均分子量M计算为2000-500000，优选为5000-50000。为达到上述目的之五，本专利技术采用以下技术方案：一种负电极极片的制备方法，具有上述目的之四中任意一项技术方案所述的树枝状水性粘结剂的制备方法。为达到上述目的之六，本专利技术采用以下技术方案：一种电池的制备方法，其中，具有上述目的之五所述的负电极极片的制备方法。附图说明图1为本专利技术实施例树枝状水性粘结剂的结构示意图。图2为本专利技术实施例树枝状水性粘结剂链间脱嵌锂过程中的体积变化示意图。图3为本专利技术实施例树枝状水性粘结剂的合成路线示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本专利技术实施例，并不用于限定本专利技术实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。...

【技术保护点】
1.一种树枝状水性粘结剂，其特征在于，含有主链和侧链，所述主链为纳米纤维素，所述侧链为化学接枝，含有酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中至少一种基团的聚合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种树枝状水性粘结剂，其特征在于，含有主链和侧链，所述主链为纳米纤维素，所述侧链为化学接枝，含有酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中至少一种基团的聚合物。


2.根据权利要求1所述树枝状水性粘结剂，其中，所述纳米纤维素的直径为20-300nm，长径比为10-300。


3.根据权利要求1所述树枝状水性粘结剂，其中，所述纳米纤维素的直径为20nm，长径比为30-400。


4.根据权利要求1或2所述树枝状水性粘结剂，其中，所述侧链的聚合物通过化学引发接枝不饱和烯烃单体聚合所得，不饱和烯烃单体选自水溶性的含有碳碳双键的酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中的至少一种。


5.根据权利要求1或2所述树枝状水性粘结剂，其中，所述侧链的聚合物接枝率为10％-5000％，
所述粘结剂的转化率10％-100％，
侧链的数均分子量M计算为2000-500000。


6.根据权利要求1所述树枝状水性粘结剂，其中，所述侧链的聚合物接枝率为100％-1000％，
所述粘结剂的转化率50％-100％，
侧链的数均分子量M计算为5000-50000。


7.一种负电极极片，其特征在于，具有上述权利要求1-6中任意一项所述的树枝状水性粘结剂。


8.一种电池，其特征在于，具有上述权利要求7所述的负电极极片。


9.一种树枝状水性粘结剂的制备方法，其特征在于，在酸性水溶液中，通过硝酸铈铵引发纳米纤维素中的羟基，引发侧链一种或者多种水溶性含有碳碳双键的酯、有机酸、酰胺、有机酸盐中的不饱和烯烃单体。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩田，王晓明，刘勇标，张磊，包慧，
申请(专利权)人：江苏卓高新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32