[发明专利]一种改性聚卤代苯乙烯-1,3-丁二烯乳液粘结剂及制备和应用

说明书

本发明公开了一种改性聚卤代苯乙烯‑1,3‑丁二烯乳液粘结剂及制备和应用，其特征在于，苯乙烯苯环结构上的2、3、4、5、6位上二个或多个位置氢原子被卤素原子取代所形成的改性聚卤代苯乙烯与1,3‑丁二烯发生乳液聚合反应生成高分子聚合物乳液，所述的改性聚卤代苯乙烯为二改性聚卤代苯乙烯或三改性聚卤代苯乙烯或四改性聚卤代苯乙烯或全改性聚卤代苯乙烯。本发明通过使用改性聚卤代苯乙烯，由于强极性的卤素原子与石墨粉体以及金属基材的键合力增强，粘结性也进一步提升，通过使用纳米导电剂，降低了高聚物粘结剂引起的电池的界面阻抗以及电化学内阻，制备的锂离子电池具备更好的电化学性能。

技术领域

本发明属于高分子材料中的乳液聚合技术领域以及新能源锂离子电池辅助材料领域，涉及锂离子电池材料，具体涉及一种改性聚卤代苯乙烯-1,3-丁二烯乳液粘结剂的制备方法以及包含该乳液粘结剂的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为21世纪的新能源产品，因其具有高的能量密度、高的放电平台、长使用寿命、无记忆效应、宽使用温度范围、高的安全性能以及绿色环保等诸多优点，被广泛应用到电动工具、智能手机、平板电脑、电动汽车等领域，尤其是新能源电动汽车领域。

锂离子电池是由电池正极、电池负极、隔离膜组装起来注入电解液经激活后制成。制作锂离子电池极片时，需要用到粘结剂，其中粘结剂是锂离子电池中不具备活性的必不可少的成分，其主要作用是粘结电极活性物质，稳定极片的结构，使极片具有良好的机械性能和可加工性能，使活性物质在电池充放电过程中不脱落；另一方面是增强活性物质与导电剂以及集流体之间的电子接触。因此，粘结剂的性能对正负极浆料与集流体的粘结起到了关键的作用。

现有技术如CN201910288198.0 提供了一种锂电池负极粘结剂及其制备方法和应用，该锂电池负极粘结剂，按照质量份数计算，制备原料包括如下成分：40.0～55.0份的聚丙烯腈类化合物，5.0～20.0份的丁二烯类化合物以及5.0～20.0份的苯乙烯类化合物；所述的聚丙烯腈类化合物为聚丙烯腈和/或聚丙烯腈衍生物，所述的丁二烯类化合物为丁二烯和/或丁二烯衍生物，所述的苯乙烯类化合物为苯乙烯和/或苯乙烯衍生物。该粘结剂的制备方法包括超声聚合步骤和均质化混合步骤，操作简便，毋需添加引发剂和增塑剂。采用该粘结剂制备的负极片具有阻抗小、加工不易断裂的优点，进一步提升了锂电池的安全性能。

再如本发明人参与的CN202011022988.3，一种锂离子电池用负极粘结剂及其制备方法以及包含该负极粘结剂的锂离子电池，按照重量份数计算包括以下各个组分：100份的卤代苯乙烯、80-110份的1,3-丁二烯、170-220份的去离子水、0.4-1.5份的乳化剂1、0.4-1.5份的乳化剂2、0.8-3份的引发剂1、20-30份的种子乳液、1-9份的羧酸单体1、0.5-2份的分子量调节剂1以及0.1-2.7份的碱性物质；通过卤代苯乙烯与1,3-丁二烯聚合来形成主体，与其他各个组分的配合来制得本锂离子电池负极用卤代丁苯橡胶乳液粘结剂，苯环上卤素原子的存在增加了高聚物的极性以及粘结性增强，使其具备良好的力学性能以及电化学稳定性。 所述种子乳液包括以下各个组分：85-95份的卤代苯乙烯、250-381份的去离子水、2-5份的乳化剂3、2-5份的乳化剂4、0.4-1份的引发剂2、5-15份的丙烯酸酯单体、0.2-1份的羧酸单体2以及0.5-2份的分子量调节剂2。

虽然，上述现有技术有所突破，但现有的粘结剂仍无法避免如下劣势：其一、粘结力学性能不佳，容易引起电极材料在电化学循环过程中与金属集流体的剥离，导致失去电化学性能；其二、有机高分子类粘结剂作为电的非导体，在电池极片中物理阻抗以及电化学阻抗过高时，会影响锂离子的迁移性进一步影响电化学性能；其三、作为粘结剂的高聚物的玻璃化温度如果偏高，会使得锂离子电池极片在常温下极片偏硬，变脆，降低锂离子电池生产合格率。

发明内容