一种水性粘结剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种水性粘结剂及其制备方法和用途，所述水性粘结剂包括含有至少两种单体单元的聚合物，所述聚合物包括第一单体单元和第二单体单元，所述第一单体单元具有式Ⅰ所示的结构，所述第二单体单元具有式Ⅱ所示的结构，其中，R1、R2和R3相同或不同，且各自独立地代表氢、直链烷基或支链烷基；R5为端基含有羟基的基团。本发明专利技术提供的水性粘结剂具有优异的粘结性能，能够显著抑制硅负极的膨胀，同时使得所制备的极片具有优异的柔韧性能，改善了电池的循环性能。改善了电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水性粘结剂及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种水性粘结剂及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]二次电池，尤其是锂离子电池具有高容量、长循环、无记忆效应、自放电少、使用温度范围宽、高倍率性等性能，已经被广泛的应用到手机、电脑、电动自行车和电动汽车等领域。在负极膜片中，含有作为负极活性物质的石墨、硅材料，以及粘结剂。硅基材料具有的高容量、循环性能好和倍率性好等优点，越来越受到重视。但是在充放电过程中体积膨胀较大，影响电池循环性能，使其应用受到限制。
[0003]现有技术中常用的硅负极粘结剂有SBR(苯乙烯
‑
丁二烯橡胶)和PAA类(聚丙烯酸)粘结剂。SBR粘结剂通常配合CMC使用，SBR本身强度低，粘结力差，对极片膨胀抑制作用差，因而应用在硅负极时，其循环性能往往很差；采用现有技术中的PAA类粘结剂制备的的极片柔韧性差，加工性能差，极片结构被破坏以后难以恢复，循环性能较差。
[0004]因此，开发一种兼具优异的粘结性能、柔韧性能和循环性能的粘结剂，以满足高性能的电极极片以及锂离子电池的应用要求，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供了一种水性粘结剂及其制备方法和用途，本专利技术提供的水性粘结剂具有优异的粘结性能，能够显著抑制硅负极的膨胀，同时使得所制备的极片具有优异的柔韧性能，改善了电池的循环性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种水性粘结剂，所述水性粘结剂包括含有至少两种单体单元的聚合物，所述聚合物包括第一单体单元和第二单体单元，所述第一单体单元具有式Ⅰ所示的结构，所述第二单体单元具有式Ⅱ所示的结构，
[0008][0009]其中，R1、R2和R3相同或不同，且各自独立地代表氢、直链烷基或支链烷基；R5为端基含有羟基的基团。
[0010]这里，R1、R2、R3的选择以保持单体的水溶性作为原则，R5的选择以保持单体的水溶性作为原则。
[0011]本专利技术提供的水性粘结剂具有优异的粘结性能，能够显著抑制硅负极的膨胀，同时使得所制备的极片具有优异的柔韧性能，改善了电池的循环性能。
[0012]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，R5代表被羟基取代的碳原子数为1
‑
6的直链烷基、被羟基取代的碳原子数为1
‑
6的支链烷基、
‑
CH2CH2OCH2CH2OH或
‑
(CH2CH2O)
n
H，n≥3(例如n可以为3、5、7或10等)。
[0013]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，R1、R2和R3相同或不同，且各自独立地代表氢、碳原子数为1
‑
6的直链烷基或碳原子数为1
‑
6的支链烷基。
[0014]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，R5代表
‑
CH2CH2OH、
‑
CH2CH2CH2OH、
‑
CH2CH2OCH2CH2OH或
‑
(CH2CH2O)
n
H，n≥3(例如n可以为3、5、7或10等)。
[0015]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，R1代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2；R2代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2；R3代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2。
[0016]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，所述聚合物还包括第三单体单元，所述第三单体单元具有式Ⅲ所示的结构：
[0017][0018]其中，R4代表氢、直链烷基或支链烷基；M代表H、Li、Na或K。
[0019]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，R4代表氢、碳原子数为1
‑
6的直链烷基或碳原子数为1
‑
6的支链烷基，例如，R4代表氢、甲基、乙基或
‑
CH(CH3)2。
[0020]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，所述水性粘结剂还包括水，所述水性粘结剂的固含量为9.5
‑
11％，粘度为8000
‑
30000cps(例如粘度可以为8000cps、10000cps、15000cps、20000cps、25000cps或30000cps等)。
[0021]上述水性粘结剂中，作为一种优选实施方式，所述聚合物具有式Ⅳ所示的结构：
[0022][0023]其中，M代表H、Li、Na或K；
[0024]R1代表氢、直链烷基或支链烷基，优选地，R1代表氢、碳原子数为1
‑
6的直链烷基或碳原子数为1
‑
6的支链烷基，更优选地，R1代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2；
[0025]R2代表氢、直链烷基或支链烷基，优选地，R2代表氢、碳原子数为1
‑
6的直链烷基或
碳原子数为1
‑
6的支链烷基，更优选地，R2代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2；
[0026]R3代表氢、直链烷基或支链烷基，优选地，R3代表氢、碳原子数为1
‑
6的直链烷基或碳原子数为1
‑
6的支链烷基，更优选地，R3代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2；
[0027]R4代表氢、直链烷基或支链烷基，优选地，R4代表氢、碳原子数为1
‑
6的直链烷基或碳原子数为1
‑
6的支链烷基，例如，R4代表氢、甲基、乙基或
‑
CH(CH3)2；
[0028]R5代表端基含有羟基的基团，优选地，R5代表被羟基取代的碳原子数为1
‑
6的直链烷基、被羟基取代的碳原子数为1
‑
6的支链烷基、
‑
CH2CH2OCH2CH2OH或
‑
(CH2CH2O)
n
H，n≥3(例如n可以为3、5、7或10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含有至少两种单体单元的聚合物，所述聚合物包括第一单体单元和第二单体单元，所述第一单体单元具有式Ⅰ所示的结构，所述第二单体单元具有式Ⅱ所示的结构，其中，R1、R2和R3相同或不同，且各自独立地代表氢、直链烷基或支链烷基；R5为端基含有羟基的基团。2.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于，所述R5代表被羟基取代的碳原子数为1
‑
6的直链烷基、被羟基取代的碳原子数为1
‑
6的支链烷基、
‑
CH2CH2OCH2CH2OH或
‑
(CH2CH2O)
n
H，n≥3；和/或，所述R1、R2和R3相同或不同，且各自独立地代表氢、碳原子数为1
‑
6的直链烷基或碳原子数为1
‑
6的支链烷基。3.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于，所述R5代表
‑
CH2CH2OH、
‑
CH2CH2CH2OH、
‑
CH2CH2OCH2CH2OH或
‑
(CH2CH2O)
n
H，n≥3；所述R1代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2；所述R2代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2；所述R3代表氢、甲基、乙基、丙基、
‑
CH(CH3)2、
‑
CH2CH2CH2CH3或
‑
CH2CH(CH3)2。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，所述聚合物还包括第三单体单元，所述第三单体单元具有式Ⅲ所示的结构：其中，R4代表氢、直链烷基或支链烷基；M代表H、Li、Na或K。5.根据权利要求4所述的水性粘结剂，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华晴，刘俊，岳敏，朱文强，王想，
申请(专利权)人：深圳市研一新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：