[发明专利]改性聚合物粘结剂、电极浆料和电极以及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种改性聚合物粘结剂、含有所述改性聚合物粘结剂的电极浆料和电极以及锂离子电池。所述改性聚合物粘结剂包括由丙烯酸单体和所述丙烯酸单体衍生物中的至少一种单体进行聚合形成的聚合物，且所述聚合物所含的羧基部分是以金属离子羧酸盐基团的形式存在。本发明电极浆料含有所述改性聚合物粘结剂，而本发明电极和锂离子电池含有由本发明电极浆料形成的活性层。本发明改性聚合物粘结剂具有优异的粘结强度和高的弹性模量，在溶剂中的溶解度高，从而提高了电极浆料成分的分散均匀性，而且电极浆料形成的活性层与电解液接触后还能促进电荷载体的运输，因此，本发明电极和锂离子电池充放电过程中存在结构稳定，容量衰减慢、循环寿命长。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种改性聚合物粘结剂、电极浆料和电极以及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池以其高电压、高能量密度和长循环寿命等优异性能而被广泛应用于手机和笔记本电池、动力电池及储能电池等。其中手机和笔记本电池已完全被锂离子电池占据，其他种类的电池根本无法达到这些便携式智能设备的严苛要求。随着锂离子电池技术发展，其在动力电池储能电池中所占的比例也越来越大，从目前的发展趋势而言，锂离子电池正处于一个飞速发展阶段，应用前景广阔。

随着智能手机和笔记本电脑的轻薄化、多功能化和屏幕的加大，现有的锂离子电池同样难以满足消费类电子产品对电池日益苛刻的要求，迫切需要新型技术来有效提高锂离子电池的比能量。锂离子电池通常包括负极、隔膜、电解液、正极等四大关键材料及其他辅助材料。而四大关键材料中，负极和正极是其核心材料，负极和正极材料的比容量和嵌脱锂电压决定了锂离子电池的比能量。目前锂离子电池常用的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、三元及磷酸铁锂，比容量在100～200mAh/g之间；常用的负极材料为碳类负极材料，比容量在250～360mAh/g之间。

由于提高负极材料的比容量是提高电池比能量的有效途径之一。目前用于锂离子电池负极材料的有石墨类、硅基、锡基、纳米碳材料及金属氧化物等。其中，硅基负极材料由于具有最高的质量比容量和较低的电压平台而成为研究热点，然而，硅基负极材料在嵌脱锂过程中伴随着严重的体积膨胀，导致活性物质的粉化脱落和固体电解质膜的不断形成，直接导致比容量快速衰减且充放电效率低，循环寿命短等等问题，使得高克容量的硅基负极材料在锂离子电池上的应用受到严重地限制。虽然目前出现采用硅基负极材料，如碳包覆硅的复合负极材料来克服硅在嵌脱锂过程中的体积膨胀缺陷，但是效果有限，依然在充放电的过程中，该复合材料依然会发生体积膨胀，从而依然出现硅碳复合活性物质的粉化脱落和固体电解质膜的形成，依然直接导致容量衰减快、循环寿命短等问题。虽然在硅基复合负电极中添加有粘结剂，常规的如SBR粘结剂和LA133粘结剂等，但是都不能有效解决这个问题，使得电池循环过程中仍然会出现粉化，导致活性物质之间失去有效的接触，从而导致电池在充放电过程中存在严重的体积膨胀、容量衰减快、循环寿命短等不足，性能开始恶化。经研究发现，现有的粘结剂粘结强度低、具有较低的弹性模量是主要原因之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种粘结强度和弹性模量高的改性聚合物粘结剂及其制备方法，以解决现有粘结剂粘结强度低、具有较低的弹性模量的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种电极浆料、含由所述电极浆料形成的活性层的电极和锂离子电池，以解决现有锂离子电池在充放电过程中存在严重的体积膨胀、容量衰减快、循环寿命短等不足的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种改性聚合物粘结剂。所述改性聚合物粘结剂包括由丙烯酸单体和所述丙烯酸单体衍生物中的至少一种单体进行聚合形成的聚合物，且所述聚合物所含的羧基部分是以金属离子羧酸盐基团的形式存在。

本发明另一方面，提供了一种改性聚合物粘结剂的制备方法。所述改性聚合物粘结剂制备方法包括如下步骤：

将丙烯酸单体和所述丙烯酸单体衍生物中的至少一种单体进行聚合反应形成的聚合物；