一种水性粘结剂、制备方法、锂电池负极及锂电池与流程

本发明属于锂电池，具体涉及一种水性粘结剂、制备方法、锂电池负极及锂电池。

背景技术：

1、锂离子电池(又称锂电池)负极，其以石墨、导电剂为主要活性物质，在羟甲基纤维素钠的作用下分散在水中，以聚丙烯酸、丁苯胶乳或苯丙乳液等水分散聚合物为粘结剂，混合后制得浆料，在集流体上涂布、干燥后制得。

2、聚合物在负极中主要起粘接作用，不参与电化学反应和锂离子的传导，因此在电池充放电过程中是电池内阻的主要构成之一。随着应用端对锂电池充放电速度要求越来越高，如何提高聚合物粘结剂的导锂离子性，即降低粘结剂的阻抗成为研究热点。

3、目前主流的负极粘结剂为聚丙烯酸、丁苯胶乳或苯丙乳液等，其中苯丙乳液由于其含有丰富的酯基结构，与电解液的相容性较好，苯丙类聚合物被电解液溶胀后聚合物链变的疏松，锂离子易在聚合物中迁移，因此阻抗低，被广泛应用于数码消费端，如具有快充功能的手机电池。但正是由于苯丙类聚合物在电解液中容易溶胀，在充放电过程中易发生聚合物主链的破坏，造成粘结力下降，电池寿命降低。

技术实现思路

1、本发明实际解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种在增加聚合物稳定性的同时，增加导锂离子性能的用于锂电池的水性粘结剂，将该水性粘结剂作为锂电池负极用粘结剂，还能兼顾锂电池的寿命和低阻抗。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种用于锂电池的水性粘结剂，包含聚合物，所述聚合物采用的聚合原料包括软单体、硬单体、除软单体和硬单体之外的其他任选单体，所述聚合原料还包括马来酸酐改性聚丁二烯，所述软单体、硬单体、所述其他任选单体和马来酸酐改性聚丁二烯的质量比为1:0.5～1.5:0.01～0.1:0.01～0.3；

4、所述软单体、硬单体、所述其他任选单体和马来酸酐改性聚丁二烯共聚形成所述聚合物。

5、根据本发明的一些实施方面，所述马来酸酐改性聚丁二烯的重均分子量为2000～10000，其中，马来酸酐的摩尔含量为2～12％。

6、本发明中，所述软单体是指单体的均聚物玻璃化温度低于-10℃的单体；进一步地，所述软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种或几种的组合。

7、本发明中，所述硬单体是指单体的均聚物玻璃化温度高于5℃的单体；进一步地，所述硬单体为单烯基芳烃单体、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或几种的组合。

8、根据本发明的一些实施方面，所述除软单体和硬单体之外的其他任选单体为极性单体。进一步地，所述极性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸酰胺中的一种或几种的组合。

9、在一些具体实施方式中，所述单烯基芳烃单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基乙苯中的一种或几种的组合。

10、根据本发明的一些实施方面，按重量份计，所述聚合原料包括以下组分：

11、

12、进一步地，按重量份计，所述聚合原料包括以下组分：

13、

14、在一些具体实施方式中，所述水性粘结剂是通过所述聚合原料在引发剂和乳化剂的存在下，在水中乳液聚合得到，以重量份计，所述聚合原料为100份，引发剂为0.1～1份，乳化剂为0.5～3份，水为100～130份。

15、进一步地，所述水性粘结剂的固含量为40～55％。

16、根据本发明的一些实施方面，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢中的一种或几种的组合。

17、根据本发明的一些实施方面，所述乳化剂为烷基硫酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯类、脂肪醇醚硫酸盐、烷基苯磺酸钠的一种或几种的组合。

18、本发明采取的第二种技术方案：一种上述所述的用于锂电池的水性粘结剂的制备方法，包括使所述聚合原料在引发剂和乳化剂存在下、在水中乳液聚合的步骤。

19、根据本发明的一些实施方面，所述制备方法包括以下步骤：

20、(1)将所述聚合原料、一部分乳化剂和水混合制成预乳液；

21、(2)在反应釜内加入部分引发剂、剩余部分乳化剂和水，升温，然后滴加所述预乳液和剩余引发剂进行反应得到所述水性粘合剂。

22、在一些具体实施方式中，所述制备方法还包括在所述预乳液和剩余引发剂滴加完毕后，加入后消除氧化剂和后消除还原剂进行反应的步骤。

23、在一些具体实施方式中，步骤(2)中，所述升温至70～85℃。

24、在一些具体实施方式中，步骤(2)中，控制所述预乳液的滴加时间为100～200min。

25、在一些具体实施方式中，步骤(2)中，控制所述预乳液和剩余引发剂的滴加完毕的时间间隔0～30min。

26、在一些具体实施方式中，步骤(2)中，所述反应釜内还加入有缓冲剂。

27、在一些具体实施方式中，步骤(2)中，所述剩余部分乳化剂占所述乳化剂总用量的1～10％；所述剩余引发剂占所述引发剂总用量的50～70％。

28、在一些具体实施方式中，所述后消除氧化剂为叔丁基过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或几种的组合，用量为0.05～0.5份。

29、在一些具体实施方式中，所述后消除还原剂为焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、异抗坏血酸、bruggolite-ff6中的一种或几种的组合，用量为0.05～0.2份；所述后消除氧化剂、后消除还原剂分别以水溶液形式加入。

30、本发明采取的第三种技术方案：上述所述的用于锂电池的水性粘结剂在锂电池负极粘接中的应用。

31、本发明采取的第四种技术方案：一种锂电池负极浆料，包括粘结剂、负极活性物质和导电剂，所述粘结剂采用上述所述的用于锂电池的水性粘结剂。

32、进一步地，所述粘结剂、负极活性物质和导电剂的质量比为1～2.5:40～55:1，其中，所述粘结剂以乳液中干重计。

33、进一步地，所述锂电池负极浆料还包括增稠剂，所述增稠剂与导电剂的质量比为0.8～2:1。

34、进一步地，所述负极活性物质为人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的组合。

35、进一步地，所述导电剂为炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。

36、本发明采取的第五种技术方案：一种锂电池负极，包括负极集流体及设置在所述负极集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层是通过上述所述的锂电池负极浆料涂覆在所述负极集流体上干燥而成。

37、进一步地，所述负极集流体为铜箔或铜-pet-铜复合集流体。

38、本发明采取的第六种技术方案：一种锂电池，所述锂电池含有上述所述的锂电池负极。

39、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

40、本发明的水性粘结剂通过在丙烯酸酯类聚合物中引入马来酸酐改性聚丁二烯，并将其应用到锂电池上，在提高聚合物稳定性的同时，增加了导锂离子性能，还同时兼顾了锂电池的寿命和低阻抗。