[发明专利]一种改善锂电池低温性能的粘结剂材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种能够改善锂电池低温性能的粘结剂材料，以双亲性大分子可逆加成断裂链转移试剂作为乳化剂，单体组合物通过种子乳液聚合制备得到。粘结剂材料具有内外层形貌，聚合物结构及组成可精确调控。引入丙烯酸酯类单体，并通过内外层聚合物结构及交联控制，可平衡溶胀与粘结性能，使得锂离子电池拥有良好低温性能的同时保证其他性能的均衡。且该粘结剂材料制备方法节能环保、工艺简单、适用单体广，有利于大面积推广。

技术领域

本发明涉及高分子材料与锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改善锂电池低温性能的粘结剂材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自商业化以来，已广泛应用于日用电子产品、电动汽车、储能基站和航天航空等领域。随着锂离子电池的持续发展，对其所需的性能要求也提出了更大的挑战。众所周知，锂离子电池在低温环境下，与室温相比，电化学反应热力学驱动力变小和动力学变得更慢。由此导致锂离子电池在低温下的性能低下，限制了其在极端寒冷环境中的使用。目前锂离子电池负极常用的粘结剂为羧甲基纤维素(CMC)和丁苯胶乳(SBR)，CMC主要作为增稠剂保证浆料稳定性，SBR则提供较高的粘结作用。然而CMC、SBR粘结剂体系与电解液各组分之间的亲合性较差，极性电解液成分较难完全浸润至极片内部，导致极片内部导离子能力受限，使得极片乃至锂离子电池内阻较高，尤其在低温时影响更为明显。针对该项不足之处，有研究表明含有带氧原子基团的粘结剂能够显著降低锂电池内阻。带氧原子的基团，如醚键、酯键等与极性电解液组分亲和性较好，有利于锂电池低温性能的改善。然而此类基团会导致极片电解液溶胀率过高，不利于极片膨胀的控制。为了降低溶胀，通常采用添加交联剂的方式进行改善，然而交联剂的加入会导致粘结剂弹性下降，粘结作用的损失。

专利CN106281147A中公开了一种丙烯酸丁酯/苯乙烯/丙烯酸甲酯嵌段共聚物胶乳的制备方法，并将其用于电极粘结剂，通过嵌段共聚物物理交联特性能够有效提升粘结剂力学强度，同时聚丙烯酸酯链段与碳酸酯类电解液溶剂具有良好相容性。然而该嵌段共聚物并未进行交联，在电解液中的溶胀率及溶出率势必过高，影响锂电池后续膨胀及高温等性能。

专利CN104356979A中公开了一种交联型高固含量的聚丙烯酸酯类水性粘结剂，由亲水性链段和亲油性链段两部分组成，并经交联剂交联成空间网状结构。该粘结剂材料使用传统自由基乳液聚合，难以形成良好清晰的核壳结构，粒子结构无法精确调控。

发明内容

针对锂离子电池在低温条件下使用所面临的挑战，本发明公开了一种能够改善锂电池低温性能的粘结剂材料，该材料具备良好的导离子性能，可大幅度降低电池内阻，提高锂电池快充及低温性能。且所述粘结剂为水性粘结剂，安全环保，且结构可调节，溶胀率可控，粘结性能优异。本发明以双亲性大分子可逆加成断裂链转移试剂作为乳化剂，通过种子乳液聚合可精确调控乳胶粒核壳的聚合物结构组成。引入丙烯酸酯类单体，并通过内外层聚合物结构及交联控制，可平衡溶胀与粘结性能，达到降低锂离子电池内阻的同时保证其他性能均衡的目的。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明首先提供了一种改善锂电池低温性能的粘结剂材料，所述粘结剂材料是以双亲性大分子可逆加成断裂链转移试剂作为乳化剂，单体组合物通过种子乳液聚合得到的核壳聚合物水性粘结剂。

另一方面，本发明提供了一种能够改善锂电池低温性能的粘结剂材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将0.1～10重量份的双亲大分子可逆加成断裂链转移试剂、30～100重量份的水、1～30重量份单体加入到反应釜中，搅拌混合，保持通氮气，加热到40～85摄氏度，加入0.1～10重量份引发剂水溶液，引发聚合30～200分钟后，加入0～5重量份碱性物质，继续反应5～150分钟后得到种子乳液S；

(2)将1～100重量份步骤(1)中所得的种子乳液S、1～100重量份水加入到反应釜中，保持通氮气，待温度升到40～85摄氏度，加入0～1重量份引发剂水溶液，加入1～30重量份单体和0～30重量份乳化剂水溶液，反应30～300分钟；