[发明专利]一种水性粘结剂及二次电池

说明书

本发明公开了一种水性粘结剂及二次电池。该粘结剂具有自修复能力，是包含至少两种单体单元的聚合物，其中一种单体同时包含有磺酸基和酰胺基，另一种单体包含有醇酯基或/和羧酸酯基。聚合物数均分子量优选为大于等于20万。本发明还涉及一种二次电池，包含正极极片、负极极片、隔离膜和电解质，所述正极极片、负极极片、隔离膜中至少之一(优选负极极片)中含有本发明的粘结剂。本发明所述的粘结剂相比于现有技术中的粘结剂，电化学稳定性高，粘结能力强，机械性能好，可以显著提高二次电池的循环寿命及降低循环膨胀。因此，该粘结剂材料在二次电池中有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别涉及一种二次电池用水性粘结剂和含有该粘结剂的二次电池。

背景技术

二次电池自诞生以来，在多个领域都得到了重要应用。从目前二次电池的应用领域来看，不但在手机、充电器等电子产品中得到了广泛的应用，在车载电源，储能系统等领域也取得了一定的突破。目前商品化二次电池的负极材料大多是石墨或者以石墨为前躯体合成的各种碳材料，其理论储锂容量(372mAh/g)已达极限，从未来动力电池对高能量密度的需求角度看已无法满足要求。而下一代硅基负极材料，其最高质量比容量可达 4200mAh/g，但硅材料在高度脱嵌锂的条件下，会产生巨大的体积效应 (400％)，容易导致电极结构崩塌和电极材料的剥落而使电极材料失去导电网络，从而造成电极的容量衰减快，循环性能差。因此开发高能量密度，高粘接性能的负极电极片成为发展下一代先进二次电池的技术瓶颈。

粘结剂是二次电池的重要组成部分，在充放电过程中，粘结剂起到维持电极结构完整，确保电池正常重复运行的作用。

现在用于负极材料的一种粘结剂主要分为：羧甲基纤维素钠(CMCNa) 搭配丁苯橡胶乳液(SBR)或者丙苯橡胶乳液(SAR)，其中CMCNa起到对活性物质分散及稳定浆料的作用，SBR或者SAR乳液起到对活性物质颗粒间和颗粒与基底间的粘接作用。虽然SBR具有一定粘着性和弹性，但其在活性物质颗粒与颗粒之间以及颗粒与集流体之间呈点接触连接，粘结能力较弱，材料可逆回复力学性能也较差。

另一种用于负极材料的现有粘结剂是多糖类材料，如海藻酸钠、环糊精、壳聚糖等，该类材料本身机械强度低，对抑制石墨负极和硅基负极在充放电过程中的膨胀作用有限，有循环脱膜的风险。

改性聚丙烯酸(PAA)类材料也可以用作负极材料的粘结剂，但是这类材料会在电极脱嵌的过程中与离子发生反应，造成容量损失，首次库伦效率下降，而且PAA类材料耐疲劳性较差，对电解液浸润性能差，造成负极动力学性能较差。

因此，为了获得循环性能优异、高动力学性能和高能量密度的二次电池，亟待开发一种适用的粘结剂。

针对现有技术中存在的缺陷，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有高粘接性、耐疲劳性的二次电池用粘结剂。

本发明的另一个目的在于提供一种具有良好性能，尤其是循环性能、动力学性能及高能量密度的二次电池。

在一个方面，本发明提供了一种水性粘结剂，其是包含至少两种单体单元的聚合物，其中一种单体单元是同时包含有磺酸基和酰胺基的如结构式(I)所示的单元，另一种单体单元是选自如结构式(II)-1或结构式(II)-2所示的单元，

其中，

在结构式(I)中，R₁选自H、碳原子数为1、2、3、4、5或6的直链或支链烷基，C_nH_2n为n＝1、2、3、4、5、6、7或8的直链或支链亚烷基，X 选自氢离子、锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、铯离子或铵根离子；