一种锂离子电池用分散剂及其制备方法、正极浆料、正极片和锂离子电池技术

本申请提供了一种锂离子电池用分散剂，该分散剂包括源自亲溶剂单体的结构单元A、源自共轭二烯类单体的结构单元B和源自高粘接力单体的结构单元C；其中，所述亲溶剂单体包括N

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用分散剂及其制备方法、正极浆料、正极片和锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池用分散剂及其制备方法、正极浆料、正极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池的正极浆料的组分主要包括正极活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂，随着对电池性能要求的不断提高，对其正极浆料的工艺制程的要求也不断提高，一方面需要提高正极活性材料和导电剂等在其中的分散效果以提高正极片的均匀性，另一方面需要提高正极浆料的固含量以改善正极浆料的涂布性能、提升正极片的良率和产能。其中，向正极浆料中添加分散助剂成为业界提高正极浆料的分散效果的主流手段。
[0003]现有的锂离子电池中可用的分散剂种类较少，主要为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)等。然而，这些分散剂对正极浆料的分散能力有限，其添加量通常较大，但这会相应减少正极活性材料在由正极浆料形成的正极材料层中的质量占比，进而降低电池的比容量。因此，有必要开发对正极浆料具有优异分散能力的分散剂，以实现通过较少的分散剂用量达到较好的浆料分散效果。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请实施例提供了一种新型的锂离子电池用分散剂，该分散剂可兼具粘结剂和分散剂的功能，能够减少现有正极浆料中粘结剂的用量，可在满足正极浆料高分散需求的同时，又可避免因正极活性材料的含量下降带来的电池比容量降低的问题。
[0005]具体地，第一方面本申请提供了一种锂离子电池用分散剂，所述分散剂包括源自亲溶剂单体的结构单元A、源自共轭二烯类单体的结构单元B和源自高粘接力单体的结构单元C；其中，所述亲溶剂单体包括N
‑
乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺类单体中的一种或两种；所述高粘接力单体包括不饱和烯腈类单体和丙烯酸酯类单体中的一种或两种。
[0006]其中，所述共轭二烯类单体用于为所述分散剂提供其分子骨架作用的结构单元B，并使所述分散剂的分子链具有一定的柔韧性，使所述分散剂具有较低的电解液溶胀性。而所述亲溶剂单体用于为所述分散剂提供能与正极浆料的溶剂(如N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)等)有较强亲和力的结构单元A，增加所述分散剂与正极浆料溶剂的相溶性。而所述高粘接力单体用于使所述分散剂具有腈基和/或酯基极性基团的结构单元C，以使该分散剂对被分散颗粒(正极活性材料颗粒、导电剂颗粒等)产生较强的分子间相互作用，使得该分散剂可较容易地吸附在被分散颗粒的表面与溶剂的界面上，使它们在锂离子电池正极浆料中达到优异的分散效果，并阻止被分散颗粒再次团聚，且分散时间短、分散剂用量少；此外，当该正极浆料在经干燥时，各分散颗粒之间及各分散颗粒与集流体之间可通过该分散剂进行粘接，发挥粘结剂的作用，避免降低正极活性材料在正极浆料中的质量占比。
[0007]因此，上述分散剂兼具分散和粘结的作用，可在保证正极活性材料和导电剂等在锂离子电池正极浆料中达到优异的分散效果的同时，该分散剂还可部分或全部取代正极浆料中的粘结剂，保持由正极浆料制得的正极片中正极活性物质含量基本不变，避免了分散剂的加入而导致电池能量密度降低的问题。
[0008]本申请一些实施方式中，所述分散剂包括同时含有上述结构单元A、结构单元B和结构单元C的共聚物。该共聚物可以包含无规、嵌段、交替和接枝共聚结构等中的任意一种或多种结构。
[0009]可选地，所述分散剂中，所述结构单元A的摩尔占比为5％
‑
50％，所述结构单元B的摩尔占比为30％
‑
90％，所述结构单元B的摩尔占比为1％
‑
30％。这样可以使该分散剂具有一定的亲溶剂性、亲待分散颗粒性及柔韧性，以起到较好的分散效果。
[0010]可选地，所述丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N
‑
二甲基丙烯酰胺、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、N
‑
丁氧基甲基丙烯酰胺、N
‑
羟甲基甲基丙烯酰胺和N
‑
丁氧基甲基甲基丙烯酰胺等中的一种或多种。
[0011]优选地，所述亲溶剂单体为N
‑
乙烯基吡咯烷酮。相较于丙烯酰胺类单体，N
‑
乙烯基吡咯烷酮具有较高的结构稳定性和对正极浆料中最常见溶剂
‑
NMP的更高亲和力。
[0012]本申请实施方式中，所述共轭二烯类单体的碳原子数在4以上，例如为4
‑
12。作为示例性的共轭二烯类单体可以包括1,3
‑
丁二烯、异戊二烯、2,3
‑
二甲基
‑
1,3
‑
丁二烯、2
‑
氯
‑
1,3
‑
丁二烯、1,3
‑
戊二烯、1,3
‑
己二烯、1,3
‑
癸二烯、2
‑
甲基
‑
1,5
‑
庚二烯等中的一种或多种。
[0013]本申请实施方式中，所述不饱和烯腈类单体包括丙烯腈、α
‑
甲基丙烯腈、α
‑
乙基丙烯腈、丁烯腈(如3
‑
丁烯腈、2
‑
丁烯腈)、2
‑
甲基
‑2‑
丁烯腈、2
‑
甲基
‑3‑
丁烯腈、4
‑
甲基
‑3‑
戊腈、α
‑
氯丙烯腈、α
‑
溴丙烯腈、2
‑
乙氧基丙烯腈、3,3
‑
二甲氧基
‑2‑
丙烯腈等中的一种或多种。
[0014]所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸羟烷基酯、甲基丙烯酸羟烷基酯等中的一种或多种。具体地，示例性的丙烯酸酯类单体可以包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2
‑
乙基己酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸2
‑
羟乙酯、(甲基)丙烯酸2
‑
羟丙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等，但不限于此。
[0015]优选地，所述高粘接力单体为不饱和烯腈类单体。相较于丙烯酸酯类单体不饱和烯腈类单体的极性更强，对正极活性材料颗粒、导电剂颗粒等具有更好的分散作用和粘结作用。
[0016]本申请一些实施方式中，所述分散剂通过包括上述亲溶剂单体、共轭二烯类单体和高粘接力单体的单体原料聚合而成。本申请另一些实施方式中，所述分散剂可以通过所述单体原料依次经聚合、氢化得到。对所述单体原料聚合成的聚合物进行氢化，可以将部分上述结构单元B中的双键还原，增强所述分散剂在高电压下的抗氧化能力。
[0017]可选地，所述分散剂的重均分子量为10万
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用分散剂，其特征在于，所述分散剂包括源自亲溶剂单体的结构单元A、源自共轭二烯类单体的结构单元B和源自高粘接力单体的结构单元C；其中，所述亲溶剂单体包括N
‑
乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺类单体中的一种或两种；所述高粘接力单体包括不饱和烯腈类单体和丙烯酸酯类单体中的一种或两种。2.如权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述分散剂中，所述结构单元A的摩尔占比为5％
‑
50％，所述结构单元B的摩尔占比为30％
‑
90％，所述结构单元C的摩尔占比为1％
‑
30％。3.如权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N
‑
二甲基丙烯酰胺、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、N
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丁氧基甲基丙烯酰胺、N
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羟甲基甲基丙烯酰胺和N
‑
丁氧基甲基甲基丙烯酰胺中的一种或多种。4.如权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述不饱和烯腈类单体包括丙烯腈、α
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甲基丙烯腈、α
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乙基丙烯腈、丁烯腈、2
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甲基
‑2‑
丁烯腈、2
‑
甲基
‑3‑
丁烯腈、4
‑
甲基
‑3‑
戊腈、α
‑
氯丙烯腈、α
‑
溴丙烯腈、2
‑
乙氧基丙烯腈、3,3
‑
二甲氧基
‑2‑
丙烯腈中的一种或多种；所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸羟烷基酯和甲基丙烯酸羟烷基酯中的一种或多种；所述共轭二烯类单体包括1,3
‑
丁二烯、异戊二烯、2,3
‑
二甲基
‑
1,3
‑
丁二烯、2<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨吉祥，陈永坤，唐富兰，郝嵘，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：