[发明专利]一种锂离子电池用水系交联型粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种锂离子电池用水系交联型粘结剂及其制备方法和应用。所述水系交联型粘结剂由天然高分子多糖与聚乙烯马来酸酐发生羟基或者氨基和酸酐的开环反应形成，具有高粘结力、制备方法简便、经济环保等特点。所述水系交联型粘结剂结构中含有羟基、羧基以及羧酸锂等官能团，不仅可以提高电极组分之间的粘结强度，还有助于提升电池内部的锂离子扩散速率，形成结构更稳定的电极体系。利用本发明的粘结剂制备的锂离子电池的电池倍率性能良好，在20C的高倍率下仍能保证稳定的长循环和高的比容量，具备快充性能，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种锂离子电池用水系交联型粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池的快速发展使得便携式电子设备得到普及，然而，电子产品的高频使用对电池的快充性能提出了挑战，并且这一挑战也延伸到电动汽车等其它领域。从长期来看，锂离子电池将会成为主要的电源供应方式之一。粘结剂由于所占组份比例较小，其作用往往被忽略。研究表明，在维持电极材料稳定性上，粘结剂的作用至关重要，使用合适的粘结剂可以有效提高电池的倍率性能和循环寿命，改善容量衰减问题。目前使用最广泛的正极粘结剂是聚偏氟乙烯(PVDF)，溶解该材料使用的溶剂是高沸点的油系溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)，不环保，而且成本高。此外，PVDF本身的粘结性能不高，在长循环中有向表面迁移的倾向，从而导致极片龟裂，电池性能衰退。而水系粘结剂相比于油系粘结剂更具有经济环保的优势。目前整个锂电行业水系粘结剂在新型负极材料中的使用更为普遍，但在正极中还有待进一步的发展，因此开发具有更高粘结力的水系粘结剂，用以提高电池的倍率和循环性能，是一种简单且低成本的方法，也更切合当下绿色化工的主旨，具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水系交联型粘结剂及其制备方法，主要应用在锂离子电池正极材料上。

本发明提供一种锂离子电池用水系交联型粘结剂，由天然高分子多糖和聚乙烯马来酸酐发生羟基或者氨基和酸酐的开环酯化或酰胺化反应形成。

进一步地，所述天然高分子多糖选用阿拉伯胶、黄原胶、果胶、卡拉胶、琼脂、可德胶、海藻酸钠和壳聚糖中的一种或多种。

进一步地，所述聚乙烯马来酸酐选用均聚交替型聚乙烯马来酸酐和混合共聚型聚乙烯马来酸酐中的一种或两者的混合物，其数均分子量M_n为10万～200万。

进一步地，所述天然高分子多糖和聚乙烯马来酸酐的质量比为5:1～1:5。优选地，所述天然高分子多糖和聚乙烯马来酸酐的质量比为1:1。

本发明还提供了上述锂离子电池用水系交联型粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

S1，向天然高分子多糖中加入水，搅拌溶解，得到天然高分子多糖溶液；

S2，向聚乙烯马来酸酐中加入有机溶剂，搅拌溶解，得到聚乙烯马来酸酐溶液；

S3，将聚乙烯马来酸酐溶液逐滴加入到天然高分子多糖溶液中，然后加入碱溶液，搅拌反应，得到混合体系，向所述混合体系中加入酸溶液调节pH值为中性实现部分锂化，然后浓缩，得到浓缩液，将所述浓缩液加入到沉降剂中沉降，得到白色固体，干燥，即得到水系交联型粘结剂。

进一步地，所述天然高分子多糖和聚乙烯马来酸酐的质量比为5:1～1:5。优选地，所述天然高分子多糖和聚乙烯马来酸酐的质量比为1:1。

进一步地，所述天然高分子多糖选用阿拉伯胶、黄原胶、果胶、卡拉胶、琼脂、可德胶、海藻酸钠和壳聚糖中的一种或多种。

进一步地，所述聚乙烯马来酸酐选用均聚交替型聚乙烯马来酸酐和混合共聚型聚乙烯马来酸酐中的一种或两者的混合物，其数均分子量M_n为10万～200万。

进一步地，所述有机溶剂选用N，N-二甲基甲酰胺。