一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂、制备方法及其应用技术

本申请公开了一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂、制备方法及其应用，包括：所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂为水溶液，其固含量为3％～15％；25℃下所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂的粘度为5000～100000cp，pH值为6～8；所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂按照质量分数的合成配方为：低级不饱和羧酸，10～20份；丙烯酰胺及其衍生物，8～15份；水溶性丙烯酸酯，5～20份；(甲基)丙烯酸酯磷酸酯，5～10份；引发剂，0.1～0.4份。相较于现有技术而言，采用单一组分的水溶液体系，相比于多组分共混溶液有着更好的储存和使用稳定性，且配方更简单，制备简便；成分方面，采用丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺等单体进行共聚，产物相较于聚乙烯醇、CMC等水溶性聚合物有着更好的热稳定性。溶性聚合物有着更好的热稳定性。溶性聚合物有着更好的热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂、制备方法及其应用


[0001]本申请涉及锂离子电池
，更具体地说，尤其涉及一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂是一种常用的锂离子电池正极材料，然而磷酸铁锂由于其导电性相对较差，能量密度相对较低，因此使用磷酸铁锂正极制备的锂电池，其市场占有率，尤其是动力电池方面的市场占有率长期受到使用三元正极材料制备的锂电池的压制。但相较于三元正极材料，磷酸铁锂的优势在于其更高的安全性。近年来有关锂离子电池，尤其是锂离子动力电池的安全事故的新闻屡见报端，因而更安全的磷酸铁锂材料越来越受到人们的关注。随着人们针对磷酸铁锂正极锂离子电池研究的不断深入，与之配套的相关材料，例如磷酸铁锂正极粘合剂，人们也对其提出了更高的要求。
[0003]理想的磷酸铁锂正极粘合剂应当具备以下特征：
[0004]1、足够高的粘接力，能够有效地将磷酸铁锂粉末粘接到铝箔(正极集流体)表面；
[0005]2、良好的分散性，使用该粘合剂制备正极浆料时，能够在不添加分散剂、增稠剂等助剂的前提下，使磷酸铁锂粉末均匀分散；
[0006]3、电化学稳定性，在电解液中不溶胀，且在锂离子电池的充放电过程中，对强氧化还原反应的环境亦能够良好耐受
‘’
[0007]4、热稳定性，能够在锂离子电池尤其是动力电池的工作温度下保持长期稳定；
[0008]5、一定的导电性，由于磷酸铁锂本身导电性较差，因此若粘合剂具备一定的导电性，则有利于提升磷酸铁锂正极极片的能量密度。
[0009]传统的磷酸铁锂正极粘合剂为PVDF-NMP溶液，该粘合剂属于溶剂型，除造成环境问题外，还存在着电解液耐性差、易溶胀等缺陷。并且，粘合剂本身是绝缘物质，进一步抑制了磷酸铁锂材料的性能发挥。因此，为了找到一种合适的水性磷酸铁锂正极粘合剂，人们进行了大量研究。
[0010]授权公告号为CN105153974B的中国专利公开了一种适用于磷酸铁锂的水性复合粘结剂及其制备水性正极浆料方法。该粘结剂由主粘结剂、离子型粘结剂和柔韧剂复合而成。其中，主粘结剂是水溶性聚合物(如聚乙烯醇)；离子型粘结剂包括含-COOLi基团的聚合物(如聚丙烯酸锂、羧甲基纤维素锂)、水溶性含锂硅酸盐(如硅酸锂)或能与游离Li+形成络合物的水溶性粘结剂(如聚氧化乙烯)等；柔韧剂则是具有吸附絮凝作用的长链水溶性聚合物(如部分水解的聚丙烯酰胺等)。该粘合剂相比传统粘合剂有着更好的粘接性能，并且使用该粘合剂制备的锂离子电池性能更为突出。然而，该粘合剂选用复合共混体系，成分及制备过程相对复杂，且共混体系在储存、使用过程中的稳定性难以预测及控制。
[0011]公开号为CN109585851A的中国专利公开了一种适合磷酸铁锂正极水性粘结剂及使用该粘结剂制备的正极浆料。该粘结剂以丙烯酸类聚合物(如聚丙烯酸、丙烯腈多元共聚物、丙烯酸酯多元共聚物和聚丙烯酰胺等)分散液为主，辅以聚乙烯醇和聚氧化乙烯。该粘
结剂主要用于解决正极极片在烘干过程中易卷曲，以及在辊压、电池制备和充放电循环过程中活性物质与集流体之间剥离的问题。该专利未说明粘结剂采用的是溶液体系还是乳液体系，且与前述专利类似，该粘结剂同样采用共混体系，其稳定性可能较差。
[0012]上述参考文献给出的技术方案的一个共同点是聚乙烯醇的采用。聚乙烯醇是一种在粘合剂领域应用广泛的水溶性聚合物，然而聚乙烯醇的热稳定性较差，100～150℃时，分子链上的羟基之间即逐渐缩合脱水，进而逐渐变脆，导致粘接能力变差，因而对锂离子电池的整体热性能可能会产生不利影响，因此，迫切需要一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0013]为解决上述技术问题，本申请提供一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂，其具备以下特征：
[0014]1、水溶液、非共混体系；
[0015]2、不采用聚乙烯醇等水溶性聚合物；
[0016]3、良好的热稳定性、电化学稳定性和分散性。
[0017]本申请提供的技术方案如下：
[0018]本申请提供一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂，包括：所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂为水溶液，其固含量为3％～15％；25℃下所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂的粘度为5000～100000cp，pH值为6～8；
[0019]所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂按照质量分数的合成配方为：
[0020]低级不饱和羧酸，10～20份；
[0021]丙烯酰胺及其衍生物，8～15份；
[0022]水溶性丙烯酸酯，5～20份；
[0023](甲基)丙烯酸酯磷酸酯，5～10份；
[0024]引发剂，0.1～0.4份。
[0025]进一步地，在本专利技术的优选方式中，所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂的固含量优选5％～10％。
[0026]进一步地，在本专利技术的优选方式中，25℃下所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂的粘度优选10000～50000cp。
[0027]本申请提供一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0028]S101、向反应容器中投入所述低级不饱和羧酸、所述丙烯酰胺及其衍生物、所述水溶性丙烯酸酯和所述引发剂，并加入300～320份去离子水，充分搅拌至各物料完全溶解；所述引发剂的重量占配方中所述引发剂总量的50％～75％；
[0029]S102、保持搅拌，将反应温度升至55～75℃，反应2～6h；
[0030]S103、保持搅拌以及反应温度，向反应容器中投入所述(甲基)丙烯酸酯磷酸酯和剩余的所述引发剂，并补加所述去离子水至反应溶液的理论固含量达到预设值，继续反应1.5～4h；
[0031]S104、保持搅拌，停止加热，待反应容器内的温度降至常温后，向反应容器中投入
计量的中和剂，并充分搅拌均匀，使产物的pH值为6～8后，收料，得到所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂。
[0032]进一步地，在本专利技术的优选方式中，S102步骤中：保持搅拌，将反应温度升至55～75℃，优选温度为60～65℃；反应2～6h，优选反应时间为3～4.5h。
[0033]进一步地，在本专利技术的优选方式中，S103步骤中：继续反应1.5～4h，优选为2～2.5h。
[0034]进一步地，在本专利技术的优选方式中，所述低级不饱和羧酸包括：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸。
[0035]进一步地，在本专利技术的优选方式中，所述低级不饱和羧酸是丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
[0036]进一步地，在本专利技术的优选方式中，所述丙烯酰胺及其衍生物包括：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
[0037]进一步地，在本专利技术的优选方式中，所述的水溶性丙烯酸酯包括：丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、丙烯酸-3-羟基丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂，其特征在于，所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂为水溶液，其固含量为3％～15％；25℃下所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂的粘度为5000～100000cp，pH值为6～8；所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂按照质量分数的合成配方为：低级不饱和羧酸，10～20份；丙烯酰胺及其衍生物，8～15份；水溶性丙烯酸酯，5～20份；(甲基)丙烯酸酯磷酸酯，5～10份；引发剂，0.1～0.4份。2.如权利要求1所述的一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、向反应容器中投入所述低级不饱和羧酸、所述丙烯酰胺及其衍生物、所述水溶性丙烯酸酯和所述引发剂，并加入300～320份去离子水，充分搅拌至各物料完全溶解；所述引发剂的重量占配方中所述引发剂总量的50％～75％；S102、保持搅拌，将反应温度升至55～75℃，反应2～6h；S103、保持搅拌以及反应温度，向反应容器中投入所述(甲基)丙烯酸酯磷酸酯和剩余的所述引发剂，并补加所述去离子水至反应溶液的理论固含量达到预设值，继续反应1.5～4h；S104、保持搅拌，停止加热，待反应容器内的温度降至常温后，向反应容器中投入计量的中和剂，并充分搅拌均匀，使产物的pH值为6～8后，收料，得到所述水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂。3.根据权利要求1所述的一种水溶液型磷酸铁锂正极粘合剂，其特征在于，所述低级不饱和羧酸包括：丙烯酸、甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海明，席柳江，向金林，
申请(专利权)人：湖南高瑞电源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：