用于电池的粘结剂、用于制备电极极片的组合物及其应用的制作方法

本申请涉及电池，尤其涉及一种用于电池的粘结剂、用于制备电极极片的组合物及其应用。

背景技术：

1、电池领域内不断追求高负载量、无溶剂介入的新型干法复合电极加工技术。该技术一旦导入量产成功，具有以下优势：1、能在现有电池体系基础上再提升能量密度；2、可精简匀浆和极片烘烤两道工序，减少电极车间厂房占地面积，降低设备及厂建投资成本；由于无需n-甲基吡咯烷酮(nmp)溶剂，节省原材料成本的同时还利于环境安全，降低了环境管控运营成本；4、干法极片可制作厚电极，柔韧性好，安全性高，有望用于在固态电池技术开发领域。

技术实现思路

1、干法电极在制备硫化物全固态电池的工艺中具有明显优势：高压实、无溶剂影响、最小化粘结剂用量，但是与此同时也会阻碍固态电解质的离子电导。目前常规干法电极使用聚四氟乙烯(ptfe)粘结剂。文献“overcoming binder limitations of sheet-typesolid-state cathodes using a solvent-free dry-film approach”提出将需要纤维化的粘结剂与活性材料、无机固态电解质、导电剂高速混合剪切，经过辊压机多次辊压，再与涂胶的集流体进行热复合，制得干法电极片，该工艺不使用大量的有机溶剂，减少了除溶剂的工序；但是在集流体表面涂覆胶层，会影响活性材料与集流体间界面接触，阻碍电子传输，增大电芯内阻。

2、中国专利申请cn1147158a提出了使用在可自支撑的电极加入热塑性高分子添加剂，将极片粉料通过水平辊压和垂直辊压压延成干法膜片，收放成卷；将干法膜片通过热辊压(80～200℃)贴合到多孔集流体的两侧，即得干法电极极片集合多孔集流体复合。但是采用热辊压温度相对较高，在高温下固态电解质和活性物质在界面处容易发生副反应对性能不利。此外，目前规模化生产的热辊压为了维持表面洁净度，采用碳化钨镀膜，热辊压超过80℃会发生明显热膨胀对表面镀膜有害，长期高温使用对设备损害较大，并且使用聚四氟乙烯作为粘结剂仍需要将粘结剂纤维化处理，工序相对复杂。

3、针对上述技术问题，本申请提供了一种用于电池的粘结剂、用于制备电极极片的组合物及其应用，所述粘结剂为低温热的复合材料，其可以在无溶剂的情况下与电极材料混合压延成膜，并且可以粘连集流体制备电极极片。

4、本申请具体技术方案如下：

5、本申请提供了一种用于干法电极的粘结剂，其中，所述粘结剂包含含有亚烷基基团的单元、含有烯酸酯基基团的单元和含有异氰酸或氨基甲酸酯基团的单元。

6、在本申请优选的实施方式中，以在粘结剂中所占的质量百分比计，含有亚烷基基团的单元为5-60％，含有烯酸酯基基团的单元为10-65％，以及含有异氰酸或氨基甲酸酯基团的单元为5-40％。

7、在本申请优选的实施方式中，所述粘结剂通过将第一单体、第二单体和第三单体聚合而成，所述第一单体含有亚烷基基团，所述第二单体含有烯酸酯类和/或含有羟基的烯酸酯类基团，所述第三单体含有异氰酸或氨基甲酸酯基团。

8、在本申请优选的实施方式中，所述粘结剂的重均分子量为1000-200000da。

9、在本申请优选的实施方式中，以在粘结剂中所占的质量百分比计，含有异氰酸或氨基甲酸酯基团的单元为10-30％。

10、本申请提供了一种用于制备电极极片的组合物，其包含上述所述的粘结剂、活性物质、导电剂和电解质。

11、在本申请优选的实施方式中，以重量份计，所述粘结剂为0.1-10份，优选为2-5份；

12、所述活性物质为50-100份；所述电解质为0-50份，所述导电剂为0-10份。

13、本申请提供了一种电极极片，其包含将上述所述的组合物涂覆在集流体上得到。

14、本申请提供了一种制备电极极片的方法，其中，所述方法包括：

15、将活性物质、电解质、导电剂和上述所述的粘结剂混合得到混合物；

16、将混合物涂覆在集流体表面得到。

17、在本申请优选的实施方式中，以重量份计，所述活性物质为50-100份、所述电解质为0-50份，所述导电剂为0-10份，所述粘结剂为0.1-10份。

18、在本申请优选的实施方式中，涂覆的厚度为1-1000μm。

19、在本申请优选的实施方式中，采用选自热辊压、热平压和热等静压中的一种或两种以上的方法将所述混合物涂覆在集流体表面，优选的，温度为25-80℃。

20、本申请提供了一种电池，其包含上述所述的电极极片或者上述所述的方法制备得到的电极极片。

21、本申请提供了上述所述的粘结剂在制备锂离子电池中的用途。

22、发明的效果

23、聚四氟乙烯ptfe分子链呈现非极性，在干法工艺下，即不存在溶剂的工艺中，其与铝箔或铜箔不具有粘连效果，需要额外的导电胶涂布在集流体表面，然后再将集流体与含有ptfe的极片进行复合。而本申请所述的粘结剂，由于含有具有较强电负性的氰基和/或氨基单元，对电解质中的阳离子材料具有较强的相互作用力，因而可以在无溶剂的情况下与电极材料混合压延成膜；并且无需额外的导电胶可以直接粘结集流体，以制备电极极片。

24、采用本申请粘结剂的优点：

25、1.采用本申请的粘结剂可以省去对粘结剂纤维化处理工艺以及与集流体二次复合工艺，节约成本和能耗，并且能够制备厚电极；

26、2.本申请粘结剂可以应用到干法工艺中制备负极极片。传统干法电极粘结剂，例如ptfe本身耐还原性差，锂和氟反应导致c-f键断裂，容易碳化，其制备的干法负极电池会因为粘结剂的分解，导致极片粉碎，电池性能变差，所以负采用本申请的粘结剂解决了上述问题，并可以使全固态电池完全通过简化的干法工艺制备。

27、3.本申请的粘结剂与集流体具有比较高的粘结性，制备的极片具有较高剥离强度以及较高的克容量发挥，有助于电池性能的进一步提升。

技术特征：

1.一种用于干法电极的粘结剂，其中，所述粘结剂包含含有亚烷基基团的单元、含有烯酸酯基基团的单元和含有异氰酸或氨基甲酸酯基团的单元。

2.根据权利要求1所述的粘结剂，其中，以在粘结剂中所占的质量百分比计，含有亚烷基基团的单元为5-60％，含有烯酸酯基基团的单元为10-65％，以及含有异氰酸或氨基甲酸酯基团的单元为5-40％。

3.根据权利要求1或2所述的粘结剂，其中，所述粘结剂通过将第一单体、第二单体和第三单体聚合而成，所述第一单体含有亚烷基基团，所述第二单体含有烯酸酯类和/或含有羟基的烯酸酯类基团，所述第三单体含有异氰酸或氨基甲酸酯基团。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的粘结剂，其中，所述粘结剂的重均分子量为1000-200000da。

5.根据权利要求2中所述的粘结剂，其中，以在粘结剂中所占的质量百分比计，含有异氰酸或氨基甲酸酯基团的单元为10-30％。

6.一种用于制备电极极片的组合物，其包含权利要求1-5中任一项所述的粘结剂、活性物质、导电剂和电解质。

7.根据权利要求6所述的组合物，其中，以重量份计，所述粘结剂为0.1-10份，优选为2-5份；

8.一种电极极片，其包含将权利要求6或7所述的组合物涂覆在集流体上得到。

9.一种制备电极极片的方法，其中，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，以重量份计，所述活性物质为50-100份、所述电解质为0-50份，所述导电剂为0-10份，所述粘结剂为0.1-10份。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，涂覆的厚度为1-1000μm。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中，采用选自热辊压、热平压和热等静压中的一种或两种以上的方法将所述混合物涂覆在集流体表面，优选的，温度为25-80℃。

13.一种电池，其包含权利要求8所述的电极极片或者权利要求9-12中任一项所述的方法制备得到的电极极片。

14.权利要求1-5中任一项所述的粘结剂在制备锂离子电池中的用途。

技术总结本申请公开了一种用于电池的粘结剂、用于制备电极极片的组合物及其应用，所述粘结剂包含含有亚烷基基团的单元、含有烯酸酯基基团的单元和含有异氰酸或氨基甲酸酯基团的单元，所述的粘结剂，由于具有较强电负性的氰基或氨基单元，其对电解质材料中的阳离子材料具有较强的相互作用力，并且所述的粘结剂可以在无溶剂的情况下可以与电极材料混合压延成膜，并且可以粘结集流体，无需额外的导电胶复合从而可以制备电极极片。技术研发人员：黄文师,李久铭,杨琪,俞会根受保护的技术使用者：中科超能（深圳）新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17