[发明专利]一种锂离子电池正极片水性涂布粘接剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池制造技术领域。具体地说是一种用于可充电锂离子电池正极片的粘接剂，以及制备该粘接剂的方法。

背景技术

锂离子电池是一种高性能的可充电池，由于其工作电压高，能量密度大，寿命长，无记忆效应，自放电率低，和与环境友好等优点，现在广泛应用于各种便携电子设备中，发展为相当规模的产业。尽管近年锂离子电池的相关材料和制造技术有了长足进步，例如所用集流体铜箔的强度也大为提高，厚度已降到10μm，集流体铝箔的厚度也降到20μm，同时负极炭材料也从初期的石油焦和中介相炭微微球(MCMB)进步到高结晶性石墨，但是就电池正极片制造技术而言，很多锂离子电池制造厂家仍采用旧法，即采用油相涂布技术。如所周知，油相涂布采用有机溶剂和可溶于有机溶剂中的粘接剂，将正负极活性粉和导电剂分散于有机溶剂中制成浆料。水相涂布则采用水作分散介质，使用可溶于水中的粘接剂，将正负极活性粉和导电剂分散于水中制成浆料。水相涂布成本低又无有机物污染的问题，是优选的方法。目前，负极片的制造在大多数锂离子电池生产厂家已采用水相涂布技术，即用水为介质，以羧甲基纤维素钠盐(CMC)作粘接剂，以丁苯橡胶(SBR)胶乳作辅助粘接剂。不过，在规模化生产锂离子电池正极片时，因技术问题，很多厂家仍沿用油相涂布技术。

最近，国内对锂离子电池正极片水相涂布技术有浓厚兴趣。如成都地乐科技有限公司开发了丙烯酰胺-醋酸乙烯酯-丙烯酸锂乳液状两亲(亲油，亲水)聚合物水性粘接剂。这种水性聚合物有较强的粘接力。但其缺点是用这种水性粘接剂制造的正极极片偏硬，易掉料。北京派恩思能源材料公司推出的一种“三组分”水性粘接剂。不过用这种水性粘接制造的锂离子电池容量保持性能与油相法有很大差距。

新近，深圳比克电池有限公司开发了一种新三组分水相粘接剂，其组分为：

(1)明胶。

(2)水溶性聚合物增稠剂(聚丙烯酰胺或聚乙烯醇缩醛或PEO)

(3)胶乳(EPM胶乳或丁腈胶乳或丁苯胶乳)

该三组分水性粘接剂总粘接剂用量低，具有较强的粘接力，用所制水性正极片组装的电池容量保持力可与油相粘接剂相媲美，即电池电化学循环性能已符合要求。然而，该三组分粘接剂也有缺陷，即在所配浆料中，常有粗粒子出现，并且，其粘接剂的粘接力未臻完美，尤其对LiFePO₄等新正极材料粉粘接力不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在比克三组分水性粘接剂基础上提出一种浆料分散好，粘接力更强的四组分水性粘接剂，从而达到锂离子电池正极片的规模化生产的要求。

本发明还提供一种制备该粘接剂的方法。

为达到上述目的，首先我们对比克“三组分水性粘接剂”进行分析。1.)明胶组分：当水溶液中pH＞9.5时，明胶呈阴离子，是个分散剂。2.)胶乳组分：胶乳对浆料体系的粘度没有贡献，尤其是乙丙橡胶胶乳，丁腈橡胶胶乳或丁苯橡胶胶乳，它们只在涂布过程中起作用，做粘接剂用。3.)水溶性聚合物增稠剂组分：该组分对浆料的粘度有重大贡献，其大的粘度有助于浆料稳定。但是，众所周知，许多大分子量水溶性聚合物如聚丙烯酰胺，聚氧化乙烯，聚丙烯酸钠又是著名的絮凝剂。它们能对悬浮粒子起架桥作用，最后将其凝集絮凝。为了避免在浆料中发生这种情况，应当采用适当分子量的高分子聚合物，令其起增稠剂作用和粘接剂作用，不起絮凝作用。所以，本发明的方案是采用中等分子量的水溶性聚合物作增稠剂和粘接剂，而不采用过高的易起絮凝剂作用的高分子量水溶性聚合物作增稠剂和粘接剂。

光是采取上面这一条措施尚不能完全保证“比克水性粘结剂”体系能够实用化。我们知道，下述分散体系：

(1)正极材料粉(粒径在6-10μm范围的LiCoO₂。)

(2)粒径在0.1-0.5μm范围的导电炭黑(如Super p，乙炔黑等。)

(3)水溶液高分子聚合物(聚丙烯酰胺PAAM，聚氧化乙烯PEO等)。可以看作广义的胶体体系，与水性涂料和水性油墨是十分相似。在涂料均合，人们为了增强颜料和填料对被涂基材的粘附力和分散效果，常常使用多种助剂以达到所期待效果。这些助剂有吸附力增进剂，分散防沉剂，流平剂等。与此相类比，本发明方案的第二条措施就是往以前“比克三组分水性粘接剂”体系中加入第四组分表面活性助剂，形成新的锂离子电池正极四组分水性粘接剂。

本发明的解决问题的技术方案是采用主粘接剂、增稠剂、辅助粘接剂和附着力增进表面活性剂制成粘接剂。

本发明粘接剂按下列重量百分比制成：