一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池技术

本发明专利技术公开了一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池，水性粘结剂包括如下原料：聚氨基甲基

【技术实现步骤摘要】
一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池。

技术介绍

[0002]锂电池中硅基负极的应用可有效提升单体电芯的能量密度。然而，硅基负极材料的商业化应用仍受到一些因素的限制。其中，最主要的一个问题是硅在高程度脱嵌锂的过程中体积变化巨大，容易导致硅粒破裂和粉化，电极脱粉及固体电解质界面(SEI)膜的重复生长等问题，使硅负极循环稳定性差、库伦效率低。粘结剂作为锂电池制造的必备材料之一，在电极中的含量非常少，但却具有不可替代的作用。常规粘结剂因完全包覆颗粒表面导致锂离子嵌入受阻，导致锂电池充放电动力学变差。如何对硅基负极中的粘结剂进行结构设计和复合改性，有效地维持了电极结构的完整性，提高了硅基负极材料的循环稳定性至关重要。
[0003]CN113451578A公布了一种复合粘结剂及其制备方法和应用。该复合粘结剂为聚乙烯醇
‑
金属有机盐复合粘结剂。该专利技术的复合粘结剂通过引入金属有机盐提高粘结剂的电导率，从而使得制备的硅负极具有优异的循环稳定性和倍率性能。且由于进入了金属有机盐，首次充放电过程的不可逆容量损失过高，容量衰减快，其实际应用仍然受到很多限制。
[0004]CN110350196A公布了一种复合粘结剂、硅基负极片及其制备方法。将不同分子量的聚偏氟乙烯PVDF通过球磨机混料，获得复合粘结剂，该复合粘结剂能够在电极间构建更稳定且有弹性的网络框架，因此能够缓解硅基负极材料在锂离子嵌入脱出过程中硅材料粉化与倍率充放电性能差的技术难题。但高温条件下聚偏氟乙烯粘结剂电化学稳定性显著降低，C
‑
F键在高温时产生分解，会导致电极内发生副反应，同时在温度较高时，聚偏氟乙烯易被电解液溶胀，体积会发生明显变化。
[0005]CN105788887A公布了一种复合粘结剂、采用该复合粘结剂制备的极片及其制备方法、应用。复合粘结剂由磷酸、聚偏氟乙烯、酚醛树脂、氨基树脂、聚丙烯酸酯、丙烯酸酯类三元共聚物乳胶、羧甲基纤维素钠、聚酰亚胺、乙醇、N
‑
甲基吡咯烷酮组成。该复合粘结剂能够降低锂离子电池的内阻和极片体积膨胀引发的电极粉化、剥离等问题，提高电极材料利用率和循环寿命。但制备过程中需使用有毒有机溶剂，如N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)，由于使用昂贵的溶剂和溶剂的回收，带来了较高的成本。
[0006]因此，开发一种既绿色环保，又具有良好的循环性能和高倍率充放电性能的粘结剂，对于硅负极锂电池的开发与应用具有重要的意义。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种水性粘结剂、制备方法及包含该水性粘结剂的锂电池，本专利技术以氨基甲基
‑
丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体聚合而成的聚合产物为粘结剂的主成分，聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇为辅助成分制备了一种水
性粘结剂。该粘结剂一方面具有较多的含氧官能团和更多的功能位点，有助于有效容纳硅的体积膨胀并增强硅基负极与铜集流体之间的附着力，另一方面能促进活性物质和导电剂的均匀分布，提高导电途径的连续性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0009]一种水性粘结剂，所述粘结剂包括如下原料：氨基甲基
‑
丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体聚合成的聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物和辅助成分，所述辅助成分包括聚丙烯酸、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的混合物；其中，
[0010]所述聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物为高分子柔性共聚物，包含无规聚合物和嵌段聚合物；所述马来酸酐衍生物的结构如下式1所示：
[0011]其中，
[0012]—R选自以下基团中的任意一种，
[0013]其中，
[0014]表示与相邻原子的结合位点，其可通过—C—键相互结合，a≥0；
[0015]或者，与R基团直接相连的C原子上的氢部分或全部被其他基团取代，所述其他基团选自以下基团中的任意一种或两种：
[0016][0017]上述水性粘结剂，作为一种优选实施方式，a为0、1或2。
[0018]当a＝0时，所述马来酸酐衍生物的结构如下式2所示：
[0019][0020]例如，如下所示的马来酸酐衍生物中，结构单元中的—R选自上述基团中的1种且a
＝0(马来酸酐衍生物1)，或a＝1、R选自上述基团中的一种且与R基团直接相连的C上的一个氢被上述其他基团所取代(马来酸酐衍生物 2)：
[0021][0022]本专利技术中，用A代表氨基甲基
‑
丙烯基醚(NH2CH2OCH＝CH2CH3)单体，用B代表马来酸酐衍生物单体，所述聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物为多种共聚物的混合物，可以包含且不限于下述结构：AB、BAB、ABA和 BBABB等。例如，AB型聚合物的结构式可以如下所示(以a＝0且与R直接连接的C上的氢未被其他取代基取代为例)：
[0023][0024]所述结构单元中的—R选自以下基团中的任意一种，
[0025][0026]所述结构单元中的n的取值范围为100～10000；表示与相邻原子的结合位点。
[0027]上述水性粘结剂，作为一种优选实施方式，所述聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑ꢀ
马来酸酐衍生物为高分子柔性共聚物，其中氨基甲基
‑
丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体的摩尔比为1～5∶1～5(例如，2:1、3:1、4:1、1:2、1:3、1:4)；低于该比例，制备得到的水性粘结剂的粘结力不能维持在较高水平，高于该比例，混合不均匀。
[0028]优选地，氨基甲基
‑
丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体的摩尔比为2:1，在优选范围内制备得到的水性粘结剂具有更优异的粘结强度；
[0029]优选地，所述聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物的重均分子量为 100000～2000000g/mol(比如500000g/mol、600000g/mol、700000g/mol、 800000g/mol、900000g/mol、1100000g/mol、1200000g/mol、 1300000g/mol)。
[0030]上述水性粘结剂，作为一种优选实施方式，所述辅助成分与聚氨基甲基
‑ꢀ
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物的重量比为1～6:1(例如，2:1、3:1、4:1、5:1、5.5:1)；优选地，所述辅助
成分为聚乙烯亚胺和聚乙烯醇，聚乙烯亚胺和聚乙烯醇的重量比为0.5～2:1。
[0031]优选地，所述聚丙烯酸或聚乙烯亚胺或聚乙烯醇的重均分子量为 100000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂包括如下原料：氨基甲基
‑
丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体聚合成的聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物和辅助成分，所述辅助成分包括聚丙烯酸、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的混合物；其中，所述聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物为高分子柔性共聚物，包含无规聚合物和嵌段聚合物；所述马来酸酐衍生物的结构如下式1所示：其中，—R选自以下基团中的任意一种，其中，表示与相邻原子的结合位点，其可通过—C—键相互结合，a≥0；或者，与R基团直接相连的C原子上的氢部分或全部被其他基团取代，所述其他基团选自以下基团中的任意一种或两种：2.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于，所述式1中，a为0、1或2。3.根据权利要求1或2所述的水性粘结剂，其特征在于，所述聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物中氨基甲基
‑
丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体的摩尔比为1～5∶1～5；所述聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物的重均分子量为100000～2000000g/mol；所述辅助成分与聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物的重量比为1～6:1；优选地，氨基甲基
‑
丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体的摩尔比为2:1；优选地，所述聚丙烯酸或聚乙烯亚胺或聚乙烯醇的重均分子量为100000～500000g/mol；优选地，所述辅助成分为聚乙烯亚胺和聚乙烯醇，所述聚乙烯亚胺和聚乙烯醇的重量比为0.5～2:1。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的水性粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂还包括
水，将聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物和辅助成分溶解于水中形成乳液状粘结剂；优选地，聚氨基甲基
‑
丙烯基醚
‑
马来酸酐衍生物和辅助成分在水性粘结剂中的总质量分数为3～13％。5.一种根据权利要求1
‑
4中任一项所述的水性粘结剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)在惰性气氛保护下将碱性物质与水加入反应釜中，调节水溶液pH＝8...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊珊，王浩，黄龙，郝鑫，杨雪凤，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：