一种水性锂离子电池水性粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于新能源领域，公开了一种水性锂离子电池水性粘结剂，采用聚合单体在交联剂存在的条件下进行无皂乳液聚合得到；所述聚合单体包括10～25wt％的部分中和的丙烯酸类单体、25～40wt％的腈类单体、10～20wt％的可聚合表活单体、25～40wt％的油溶性单体、4～10％水溶性单体；所述交联剂占聚合单体总重的0.001

【技术实现步骤摘要】
一种水性锂离子电池水性粘结剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于新能源领域，具体涉及一种水性锂离子电池水性粘结剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池(LIB)与我们的生活息息相关，在小至便携式电子设备，大至电动汽车等大型储能系统中展现出广阔的应用前景和市场价值，如今的锂离子电池朝着延长循环稳定性、高能量密度、高传输速率能力、低成本和安全的方向发展。锂离子电池的能量密度受多方面因素影响，除了从作为主要成分的活性材料入手，还可以通过提升非活性物质的性能来降低其成分占比，间接提高电池的能量密度。
[0003]在锂离子电池中，粘结剂是一种重要的非活性材料，它占比不高，但是起到了重要的作用，它在活性材料、导电剂和集流体之间起到粘结的作用，稳定SEI膜，使它们之间具有整体的连接性，从而减小电极的离子传输阻力，同时使极片具有良好的机械性能和加工性能，满足工业生产需要。
[0004]现有技术中，针对电池用粘结剂特别是负极粘结剂的方案具体可见如下文献：
[0005]D1：CN110982008A公开了一种锂离子电池负极水性粘结剂，要解决的问题是提高粘结剂的粘结强度、分散性能，提高锂离子电池负极电性能。该专利技术的锂离子电池负极水性粘结剂，按质量百分比，由以下物质组成：亲水单体15.0～45.0％，疏水单体40.0～75.0％，功能性单体0.5～5.0％，反应型表面活性剂1.0～9.0％，引发剂0.1～4.0％，交联剂0.1～3.0％，链转移剂：0.1～0.8％。
[0006]功能性单体为甲基丙烯酸低级烷酯、甲基丙烯酸的羟基烷酯、聚乙二醇的乙烯基、烯丙基醚、聚丙二醇的乙烯基、烯丙基醚、聚乙二醇与聚丙二醇的乙烯基、烯丙基醚、甲基丙烯酸的聚乙二醇酯、甲基丙烯酸的聚丙二醇酯，甲基丙烯酸的聚乙二醇与聚丙二醇酯甲基丙烯酸C8
‑
C30烷基酯、丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、丙烯酸十六烷酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸二十二烷酯、十二烷酸乙烯酯、十六烷酸乙烯酯、十八烷酸乙烯酯、二十二烷酸乙烯酯、十二烷基乙烯基醚、十六烷基乙烯基醚、十八烷基乙烯基醚、二十二烷基乙烯基醚、甲基丙烯酸聚乙二醇丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸聚乙二醇十八酯。
[0007]其说明书记载各实施例的数据如下：
[0008]‑
20℃放电效率，实施例1的放电效率为73.1％、实施例2的放电效率为72.4％、实施例3的放电效率为73.8％、实施例4的放电效率为72.6％、实施例5的放电效率为74.6％、实施例6的放电效率为74.4％、实施例7的放电效率为75.8％；
[0009]其低温性能比对比例高1
‑
4个百分点，对比例采用CMC、丁苯橡胶SBR进行组合；
[0010]D2：CN111057184A公开了一种负极极片水性粘结剂的制备方法，要解决的技术问题是提高负极极片的生产效率。该专利技术包括以下步骤：将反应型表面活性剂溶于去离子水中，加入疏水单体、亲水单体、功能性单体、交联剂、链转移剂，混合形成预乳液；将反应型表面活性剂溶于去离子水中，将引发剂用去离子水配制引发剂溶液，将预乳液和引发剂溶液
滴入反应型表面活性剂溶液中，降温、保温、抽气、过滤，得到固含量为30％的水性粘结剂乳液；用氢氧化锂中和，得到负极极片水性粘结剂。
[0011]‑
20℃放电效率，实施例1的放电效率为73.1％、实施例2的放电效率为72.4％、实施例3的放电效率为73.8％、实施例4的放电效率为72.6％、实施例5的放电效率为74.6％、实施例6的放电效率为74.4％、实施例7的放电效率为75.8％；
[0012]此外，在D2和D3中，其并未研究粘合剂对于高温性能的影响，通过本项目的研究发现，单体的组成和高温性能的表现具有较强的关联性。
[0013]所以，本项目的核心在于：如何同步提高水性锂离子电池粘结剂的高温和低温性能。

技术实现思路

[0014]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种水性锂离子电池水性粘结剂，本专利技术采用无皂乳液聚合，通过调整不同单体的用量，实现了粘结性能、用于锂离子电池后的高低温性能的协同提高。
[0015]本专利技术的次要目的在于提供该粘结剂的制备方法。
[0016]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种水性锂离子电池水性粘结剂，采用聚合单体在交联剂存在的条件下进行无皂乳液聚合得到；所述聚合单体包括10～25wt％的部分中和的丙烯酸类单体、25～40wt％的腈类单体、10～20wt％的可聚合表活单体、25～40wt％的油溶性单体、4～10％水溶性单体；
[0017]所述交联剂占聚合单体总重的0.001～1％；
[0018]部分中和的丙烯酸类单体的中和度为1～30％。
[0019]在上述的水性锂离子电池水性粘结剂中，所述聚合单体包括15～25wt％的部分中和的丙烯酸类单体、25～30wt％的腈类单体13～18wt％的可聚合表活单体、30～40wt％的油溶性单体、5～9％水溶性单体；
[0020]所述交联剂占聚合单体总重的0.01～0.5％。
[0021]在上述的水性锂离子电池水性粘结剂中，所述丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸；
[0022]所述腈类单体为丙烯腈、α
‑
甲基丙烯腈、α
‑
乙基丙烯腈、α
‑
异丙基丙烯腈、α
‑
正己基丙烯腈中的一种或多种；
[0023]所述可聚合表活单体为N
‑
乙烯基吡咯烷酮、对苯乙烯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、烯丙基聚醚、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基烯丙基磺酸钠、烯丙基磺酸钠、N,N
‑
双烯丙基十二胺、十八烷基聚乙二醇丙烯酸酯、十八烷基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种；
[0024]所述油溶性单体为(甲基)丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十八酯、丙烯酸十八酯、(甲基)丙烯酸C13
‑
C16酯、丙烯酸C13
‑
C16酯、(甲基)丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、烷氧基苯酚丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种；
[0025]所述水溶性单体为丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。
[0026]在上述的水性锂离子电池水性粘结剂中，所述油溶性单体由第一油溶性单体和第二油溶性单体组成；所述第一油溶性单体为丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯中至少一种，所述第二油溶性单体为丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异辛酯中至少一种；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性锂离子电池水性粘结剂，其特征在于，采用聚合单体在交联剂存在的条件下进行无皂乳液聚合得到；所述聚合单体包括10～25wt％的部分中和的丙烯酸类单体、25～40wt％的腈类单体、10～20wt％的可聚合表活单体、25～40wt％的油溶性单体、4～10％水溶性单体；所述交联剂占聚合单体总重的0.001～1％；部分中和的丙烯酸类单体的中和度为1～30％。2.根据权利要求1所述的水性锂离子电池水性粘结剂，其特征在于，所述聚合单体包括15～25wt％的部分中和的丙烯酸类单体、25～30wt％的腈类单体、13～18wt％的可聚合表活单体、30～40wt％的油溶性单体、5～9％水溶性单体；所述交联剂占聚合单体总重的0.01～0.5％。3.根据权利要求1或2所述的水性锂离子电池水性粘结剂，其特征在于，所述丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述腈类单体为丙烯腈、α
‑
甲基丙烯腈、α
‑
乙基丙烯腈、α
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异丙基丙烯腈、α
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正己基丙烯腈中的一种或多种；所述可聚合表活单体为N
‑
乙烯基吡咯烷酮、对苯乙烯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、烯丙基聚醚、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基烯丙基磺酸钠、烯丙基磺酸钠、N,N
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双烯丙基十二胺、十八烷基聚乙二醇丙烯酸酯、十八烷基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种；所述油溶性单体为(甲基)丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十八酯、丙烯酸十八酯、(甲基)丙烯酸C13
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C16酯、丙烯酸C13
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C16酯、(甲基)丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、烷氧基苯酚丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种；所述水溶性单体为丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的水性锂离子电池水性粘结剂，其特征在于，所述油溶性单体由第一油溶性单体和第二油溶性单体组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖创洪，李泽勇，周东，户献雷，李泓淼，林敏生，庞洪川，李德财，詹秋设，丁友停，
申请(专利权)人：九江天赐高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：