[发明专利]一种锂离子电池负极水性粘合剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极水性粘 合剂及其制备方法。

背景技术

新能源项目作为一种新兴产业，符合国家节能减排和可持续发展的方针 政策，对于产业结构的调整和转型有很大的帮助。锂离子二次电池作为新能 源产业中一个很重要的组成部分，在目前这个行业中尤为重要。

随着科学技术的发展以及人民物质文化生活水平的提高，人们对锂离子 电池的要求也越来越高。锂离子二次电池广泛应用于手机等3C产品、电动 车和汽车，其容量和使用寿命对其大规模的推广和应用至关重要。

锂离子电池通常是把点活性物质、导电添加剂与粘合剂溶液混合研磨均 匀成浆料，涂布于作为极片的铜箔、铝箔上，经干燥、碾压等工艺处理而成。 锂离子二次电池的容量和寿命取决于电池极片中活性物质的量和用于粘结 活性物质和极片的粘合剂的性能。活性物质的量越多意味着电池的容量越 大，但是在电池的生产过程中活性物质越多对粘结强度的影响越大。另外， 目前应用较多的粘合剂为含氟聚合物粘合剂，其在制作过程中溶剂的挥发既 污染环境，又危害操作人员的健康，且含氟聚合物的溶剂价格昂贵，增加了 电池的生产成本。所以开发安全、无污染、高效的水性粘合剂用于锂离子电 池具有非常重要的意义。

锂离子电池用粘合剂主要分为两类，一类为油性粘合剂，采用有机溶剂 为分散剂；一类为水性粘合剂，采用水为分散剂。与油性粘合剂相比，水性 粘合剂以水为分散剂，在制备过程中具有无溶剂释放、对环境友好、生产成 本低、安全性能高等优点，成为粘合剂行业的重要发展方向。目前锂离子电 池负极极片的水性粘合剂的制备过程中普遍使用的是羧基纤维素钠(CMC) 与丁苯胶乳(SBR)复配的方案，如专利CN201310322571.2中所描述，该 方案存在的缺点是，需要先将CMC充分溶解后再与负极相关材料和SBR混 合分散，但是CMC在水中的溶解过程，速度缓慢，效率低下，并且容易产 生透明的颗粒，分散性能差，影响电池极片的一致性。

专利CN01108511.8公开了一种锂离子二次电池电极材料和集电体的水 性粘合剂的制备方法，其技术方案如下：以通式为CH₂＝CR₁R₂的亲水性单 体和亲油性单体为起始聚合单体，先将一种、两种或多种亲水性单体及一种、 两种或多种亲油性单体混合，加入乳化剂和其他助剂，以过硫酸铵等水溶性 引发剂、及其与NaSO₃和FeSO₄等构成的氧化还原体系为引发体系，在 30-80℃的温度下，反应3-24小时，制得水性粘合剂。所得的粘合剂共聚物 含量较低，粘度较高，影响分散效率，且所用试剂种类较多，反应时间较长， 增加了水性粘合剂的生产成本。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池负极水性粘合剂的制 备方法，其具体步骤如下：

依次加入反应性乳化剂与水溶性丙烯酸类单体、油溶性丙烯酸类单体以及 引发剂溶液，混匀后作为垫底液，升温引发聚合，保持快速搅拌，缓慢地滴加 水溶性和油溶性丙烯酸类单体的混合液以及引发剂溶液，高温下进行反应，制 得锂离子电池负极水性粘合剂溶液。

所述的垫底液中反应性乳化剂、水溶性丙烯酸类单体、油溶性丙烯酸类单 体以及引发剂的比例，按重量比为0.5-3:20-45:15-80:0.1-10；优选为 1.0-2.5:25-40:25-70:1.0-8.0；进一步优选为1.5:25:60:0.5；

所述垫底液用量占总重量的10-50％(重量百分数，下同)，优选为20-40％；

所述的垫底液以水为分散介质，上述总重量包括垫底液的用量、滴加阶段 加入反应体系的单体混合液的用量及引发剂的用量，但不包括水的用量。

所述的制备方法中，使用的水溶性丙烯酸类单体和油溶性丙烯酸类单体的 比例为5-40:20-80；优选为20-40:30-60；进一步优选为25:36；

所述引发剂溶液用量占丙烯酸类单体总用量的0.5-6％，所述丙烯酸类单体 包括水溶性丙烯酸类单体和油溶性丙烯酸类单体；

所述的锂离子水性粘合剂的固含量为30-60％；优选为35-55％；

所述的单体混合液的滴加时间为1-3h，优选为1.5-2.5h；