粘结剂组合物、正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置制造方法及图纸

本申请提供了粘结剂组合物、正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。所述粘结剂组合物包含核壳结构聚合物和粘结剂，所述粘结剂组合物中，所述核壳结构聚合物与所述粘结剂的质量比为0.05～5:1。所述核壳结构聚合物包含：核部，所述核部为含有衍生自式I所示单体的结构单元的含氟聚合物；以及壳部，所述壳部为含有衍生自式II和式III所示单体的结构单元的非氟聚合物，所述壳部至少部分包覆所述核部的表面。的表面。的表面。

【技术实现步骤摘要】
粘结剂组合物、正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
[0001]本申请是于2022年8月30日提交的名称为“核壳结构聚合物、制备方法和用途、正极浆料、二次电池、电池模块、电池包和用电装置”的专利申请202211043832.2的分案申请。


[0002]本申请涉及锂电池
，尤其涉及一种核壳结构聚合物、制备方法和用途、正极浆料、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。

技术介绍

[0003]近年来，随着锂离子电池的应用范围越来越广泛，锂离子电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于锂离子电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和安全性能等也提出了更高的要求。
[0004]现有技术常采用聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，然而PVDF均聚物的结晶度比较高，在极片在电池制备过程中易发生脆断问题，从而具有较大的安全隐患。如何提高极片的柔性并保障粘结剂的粘结性能成为目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种核壳结构聚合物，包含：
[0006]核部，所述核部为含有衍生自式I所示单体的结构单元的含氟聚合物；以及
[0007]壳部，所述壳部为含有衍生自式II和式III所示单体的结构单元的非氟聚合物，所述壳部至少部分包覆所述核部的表面，
[0008][0009]其中，R1、R2各自独立地选自氢、氟、氯或至少一个氟基取代的C1‑3烷基；R3、R4、R5选自氢或取代或非取代的C1‑5烷基。
[0010]所述核壳结构聚合物可以改善粘结剂的柔韧性，提高极片的柔性和电池的安全性能；同时还可以保证极片的粘结力，从而确保电池的性能和使用寿命。
[0011]另外，所述核壳结构聚合物有助于改善正极浆料的分散性，可以降低极片膜层电阻并提高电池循环性能。所述核壳结构聚合物与粘结剂联用时，可同时改善极片的柔性和浆料的分散性，并使极片具有良好的粘结性能。
[0012]在任意的实施方式中，所述核部的质量含量为5％～9％，所述壳部的质量含量为91％～95％，基于所述核壳结构聚合物的总质量计。
[0013]核部和壳部在此含量范围内时可以增加极片的塑性应变力，减少极片发生脆性断裂的概率，从而提高电池的安全性能，又能够保证极片具有足够的粘结力，从而确保电池的性能和使用寿命。
[0014]在任意的实施方式中，所述衍生自式II所示单体的结构单元的摩尔含量为20％～50％，基于所述非氟聚合物的总摩尔量计。该含量范围内的核壳结构聚合物能够保证极片具有良好的柔韧性，从而确保电池在安全性能提高的同时兼具优良的电性能和循环性能。
[0015]在任意的实施方式中，所述非氟聚合物还包括衍生自式IV所示单体的结构单元，
[0016][0017]其中，R6选自酰胺基或氰基；R7选自氢、取代或非取代的C1‑5烷基。
[0018]在所述非氟聚合物中，式IV所示单体中含有的极性基团可以与正极活性材料形成较好的吸附性能或亲和力，有助于改善正极活性材料团聚的现象，从而提高浆料的稳定性，提高极片的加工性能和改善极片膜层电阻。
[0019]在任意的实施方式中，所述衍生自式IV所示单体的结构单元的摩尔含量为40％～50％，基于所述非氟聚合物的总摩尔量计。
[0020]式IV所示单体的质量含量在合适的范围内可以对正极活性材料具有足够的吸附性能或亲和力，有效提高浆料的分散性，进而降低极片膜层电阻和提高电池循环性能。
[0021]在任意的实施方式中，所述核壳结构聚合物中，所述含氟聚合物的重均分子量为2万～15万。
[0022]在任意的实施方式中，所述含氟聚合物为聚偏二氟乙烯或其改性聚合物；
[0023]所述非氟聚合物为苯乙烯和丙烯酸叔丁酯的共聚物，丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸叔丁酯的共聚物，丙烯酰胺、苯乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物中的一种或组合。
[0024]所述含氟聚合物具有稳定的化学性能和优良的电性能，并具有很好的机械性能。所述非氟聚合物中具有较为柔软的链段，可以显著提高粘结剂的柔韧性和极片膜层的塑性应变力，从而改善极片的柔性；同时，非氟聚合物的极性官能团还具有较好的吸附性能和/亲和力，可以稳定附着在包括磷酸铁锂和锂镍钴锰氧化物等正极活性材料的表面，从而改善浆料的分散性和极片的膜层电阻，进而提高电池的循环性能。
[0025]在任意的实施方式中，所述核壳结构聚合物的中值粒径Dv50为2～10um。
[0026]所述核壳结构聚合物的粒径在合适范围内有利于在正极浆料溶剂，例如N
‑
甲基吡咯烷酮中的溶解，降低粘结剂胶液的加工难度，提高电池加工效率。
[0027]在任意的实施方式中，所述核壳结构聚合物溶解制备质量百分含量为7％的胶液时，所述胶液的粘度为50～180mPa
·
s，可选的，所述核壳结构聚合物溶于N
‑
甲基吡咯烷酮
制备胶液。核部和壳部的质量比在合适范围内的核壳结构聚合物可以兼具良好的柔韧性和对正极活性材料的吸附性，可以提高浆料在极片上涂布的均匀性和改善极片的柔性，同时，可以兼顾粘结剂的粘接性能，降低电池安全隐患和提高了电池长期循环性能。
[0028]本申请的第二方面还提供一种核壳结构聚合物的制备方法，包括：
[0029]制备核部：至少一种如下式I所示单体在第一聚合条件下进行聚合反应，得到含氟聚合物的乳液；
[0030]制备核壳结构聚合物：所述含氟聚合物的乳液和至少两种如下式V所示单体在第二聚合条件下聚合制备非氟聚合物，所述非氟聚合物作为核壳结构聚合物的壳部至少部分包覆所述核部的表面；
[0031][0032]其中，R1、R2各自独立地选自氢、氟、氯或至少一个氟基取代的C1‑3烷基；
[0033]R8、R9选自氢、酰胺基、氰基、取代或非取代的苯基、
‑
CO2R
10
；R
10
选自取代或非取代的C1‑5烷基。
[0034]该制备方法中聚合条件安全可控，有利于该核壳结构聚合物的持续生产。所述核壳结构聚合物可以改善粘结剂的柔韧性，提高极片的柔性和电池的安全性能；同时还可以保证极片的粘结力，从而确保电池的性能和使用寿命。
[0035]同时该方法制备的核壳结构聚合物对正极活性材料具有很好的亲和力和/或吸附性能，能够帮助正极活性材料在浆料中的分散；并且，还可以减少正极活性材料与电解液的直接接触，进而提高电池长期循环性能。
[0036]在任意的实施方式中，所述在第二聚合条件下制备非氟聚合物包括以下步骤：
[0037]在惰性气体氛围下，含氟聚合物的乳液、至少两种式V所示单体和第二引发剂在第二溶剂中溶胀，加入聚合反应配体和催化剂，进行聚合反应。
[0038]在任意的实施方式中，所述在第二聚合条件下制备非氟聚合物包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂组合物，其特征在于，包含核壳结构聚合物和粘结剂，所述粘结剂组合物中，所述核壳结构聚合物与所述粘结剂的质量比为0.05～5:1，所述核壳结构聚合物包含：核部，所述核部为含有衍生自式I所示单体的结构单元的含氟聚合物；以及壳部，所述壳部为含有衍生自式II和式III所示单体的结构单元的非氟聚合物，所述壳部至少部分包覆所述核部的表面，其中，R1、R2各自独立地选自氢、氟、氯或至少一个氟基取代的C1‑3烷基；R3、R4、R5各自独立的选自氢、取代或非取代的C1‑5烷基。2.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯或其改性聚合物，所述粘结剂的重均分子量为70万～110万。3.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其特征在于，所述核壳结构聚合物中，所述核部的质量含量为5％～9％，所述壳部的质量含量为91％～95％，基于所述核壳结构聚合物的总质量计。4.根据权利要求1或3所述的粘结剂组合物，其特征在于，所述核壳结构聚合物中，所述衍生自式II所示单体的结构单元的摩尔含量为20％～50％，基于所述非氟聚合物的总摩尔量计。5.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其特征在于，所述核壳结构聚合物中，所述非氟聚合物还包括衍生自式IV所示单体的结构单元，其中，R6选自酰胺基或氰基；R7选自氢、取代或非取代的C1‑5烷基。6.根据权利要求5所述的粘结剂组合物，其特征在于，所述核壳结构聚合物中，所述衍生自式IV所示单体的结构单元的摩尔含量为40％～50％，基于所述非氟聚合物的总摩尔量计。7.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其特征在于，所述核壳结构聚合物中，所述含氟聚合物的重均分子量为2万～15万。8.根据权利要求5所述的粘结剂组合物，其特征在于，所述核壳结构聚合物中，所述含氟聚合物为聚偏二氟乙烯或其改性聚合物；
所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：李诚，曾子鹏，刘会会，王景明，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：