[发明专利]一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池

说明书

本发明公开了一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池，水性粘结剂包括如下原料：聚氨基甲基‑丙烯基醚‑马来酸酐衍生物和辅助成分，辅助成分包括聚丙烯酸、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的混合物；聚氨基甲基‑丙烯基醚‑马来酸酐衍生物中氨基甲基‑丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体的摩尔比为1～5∶1～5；辅助成分与聚氨基甲基‑丙烯基醚‑马来酸酐衍生物的重量比为1～6:1。本发明的水性粘结剂具有较多的含氧官能团和较多的功能位点，能够为硅粒子提供更多的结合位点；粘结剂之间的分子间力强，能够稳定电极结构；该水性粘结剂还具备一定的分散功能，使应用其制备得到的锂离子电池具备良好的高倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池。

背景技术

锂电池中硅基负极的应用可有效提升单体电芯的能量密度。然而，硅基负极材料的商业化应用仍受到一些因素的限制。其中，最主要的一个问题是硅在高程度脱嵌锂的过程中体积变化巨大，容易导致硅粒破裂和粉化，电极脱粉及固体电解质界面(SEI)膜的重复生长等问题，使硅负极循环稳定性差、库伦效率低。粘结剂作为锂电池制造的必备材料之一，在电极中的含量非常少，但却具有不可替代的作用。常规粘结剂因完全包覆颗粒表面导致锂离子嵌入受阻，导致锂电池充放电动力学变差。如何对硅基负极中的粘结剂进行结构设计和复合改性，有效地维持了电极结构的完整性，提高了硅基负极材料的循环稳定性至关重要。

CN113451578A公布了一种复合粘结剂及其制备方法和应用。该复合粘结剂为聚乙烯醇-金属有机盐复合粘结剂。该发明的复合粘结剂通过引入金属有机盐提高粘结剂的电导率，从而使得制备的硅负极具有优异的循环稳定性和倍率性能。且由于进入了金属有机盐，首次充放电过程的不可逆容量损失过高，容量衰减快，其实际应用仍然受到很多限制。

CN110350196A公布了一种复合粘结剂、硅基负极片及其制备方法。将不同分子量的聚偏氟乙烯PVDF通过球磨机混料，获得复合粘结剂，该复合粘结剂能够在电极间构建更稳定且有弹性的网络框架，因此能够缓解硅基负极材料在锂离子嵌入脱出过程中硅材料粉化与倍率充放电性能差的技术难题。但高温条件下聚偏氟乙烯粘结剂电化学稳定性显著降低，C-F键在高温时产生分解，会导致电极内发生副反应，同时在温度较高时，聚偏氟乙烯易被电解液溶胀，体积会发生明显变化。

CN105788887A公布了一种复合粘结剂、采用该复合粘结剂制备的极片及其制备方法、应用。复合粘结剂由磷酸、聚偏氟乙烯、酚醛树脂、氨基树脂、聚丙烯酸酯、丙烯酸酯类三元共聚物乳胶、羧甲基纤维素钠、聚酰亚胺、乙醇、N-甲基吡咯烷酮组成。该复合粘结剂能够降低锂离子电池的内阻和极片体积膨胀引发的电极粉化、剥离等问题，提高电极材料利用率和循环寿命。但制备过程中需使用有毒有机溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，由于使用昂贵的溶剂和溶剂的回收，带来了较高的成本。

因此，开发一种既绿色环保，又具有良好的循环性能和高倍率充放电性能的粘结剂，对于硅负极锂电池的开发与应用具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水性粘结剂、制备方法及包含该水性粘结剂的锂电池，本发明以氨基甲基-丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体聚合而成的聚合产物为粘结剂的主成分，聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇为辅助成分制备了一种水性粘结剂。该粘结剂一方面具有较多的含氧官能团和更多的功能位点，有助于有效容纳硅的体积膨胀并增强硅基负极与铜集流体之间的附着力，另一方面能促进活性物质和导电剂的均匀分布，提高导电途径的连续性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种水性粘结剂，所述粘结剂包括如下原料：氨基甲基-丙烯基醚单体与马来酸酐衍生物单体聚合成的聚氨基甲基-丙烯基醚-马来酸酐衍生物和辅助成分，所述辅助成分包括聚丙烯酸、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的混合物；其中，