[发明专利]一种水性粘结剂及其制备方法和应用

说明书

一种水性粘结剂及其制备方法和应用，将含羧基的高分子溶于去离子水中，得到含羧基的高分子溶液；将含氨基的硅烷偶联剂溶解于溶剂中，得到硅烷偶联剂溶液；将硅烷偶联剂溶液加入到含羧基的高分子溶液中，搅拌0.1h～24h，得到水性粘结剂。本发明的水性粘结剂是由含羧基的高分子和含氨基的硅烷偶联剂缩合反应形成的聚合物，具有高粘结力、制备方法简单、价格低廉等特点。本发明中在含羧基的高分子上引入氨基硅烷偶联剂大幅度提升了粘结剂的粘结力和电池的循环稳定性，可以从一定程度上促进硅基高容量负极的应用。应用于极片能够有效的维持电极结构的完整性，改善电池的循环性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种水性粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车的普及和快速发展，对锂电池的能量密度和循环寿命提出了更高的需求。硅、磷、锗和锡等负极活性材料相对于石墨负极材料有明显的比容量优势。但是它们在充放电过程中会发生巨大的体积变化，使电极结构崩塌，导致二次电池的容量急剧衰减，循环寿命快速降低。粘结剂对维持电极结构的稳定性起重要的作用，所以从粘结剂的角度来提升二次电池的性能是一种简单、低成本的有效方法。水性粘结剂相对于油性粘结剂具有生产成本低，环境污染小等优点，受到了业界的广泛青睐。目前比较常用的水性粘结剂是羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸和丁苯橡胶等，其粘结力和机械强度有限，不适用于高比容量的负极材料，开发具有更高粘结力和机械强度的且适用于高比容量负极材料的水性粘结剂具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水性粘结剂及其制备方法和应用。该水性粘结剂是由含羧基的高分子和含氨基的硅烷偶联剂缩合反应形成的聚合物，具有高粘结力、制备方法简单、价格低廉等特点，应用于极片能够有效的维持电极结构的完整性，改善电池的循环性能。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种水性粘结剂，由含羧基的高分子和含氨基的硅烷偶联剂进行缩合反应制得。

本发明进一步的改进在于，所述含羧基的高分子为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、阿拉伯胶、结冷胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸与聚甲基丙烯酸钠中的一种或多种；所述含羧基的高分子的分子量为10万～200万。

本发明进一步的改进在于，所述含氨基的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷与多氨基烷基三烷氧基硅烷中的一种或多种。

一种水性粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

将含羧基的高分子溶于去离子水中，得到含羧基的高分子溶液；

将含氨基的硅烷偶联剂溶解于溶剂中，得到硅烷偶联剂溶液；

将硅烷偶联剂溶液加入到含羧基的高分子溶液中，搅拌0.1h～24h，得到水性粘结剂。

本发明进一步的改进在于，所述含羧基的高分子为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、阿拉伯胶、结冷胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸与聚甲基丙烯酸钠中的一种或多种；所述含羧基的高分子的分子量为10万～200万。

本发明进一步的改进在于，所述含氨基的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷与多氨基烷基三烷氧基硅烷中的一种或多种。