一种锂电池水性负极乳液及其制备方法与流程

本发明涉及电池用粘结剂，尤其涉及一种锂电池水性负极乳液及其制备方法。

背景技术：

1、负极粘结剂虽然在锂电池电极中所占比例较小，但是锂离子电池的电化学性能与负极粘结剂密切相关，因此负极粘结剂在锂电池中扮演着重要角色。负极粘结剂的主要作用是确保电池在充放电过程中活性物质颗粒之间以及活性颗粒与集流体之间具有一定的粘结强度，同时有利于sei膜的形成。由于锂离子在充放电过程中会在活性物质中脱嵌，导致活性物质体积膨胀或收缩，负极粘结剂还需具备一定的柔韧性、刚性来适应这种体积变化。

2、负极粘结剂的研究和开发正朝着提高电池性能、实现绿色制造工艺、以及适应新型电极材料的方向发展，随着消费者对锂电子电池性能的要求越来越高，粘结剂的创新和改进将是锂离子电池技术发展的关键领域之一。

3、目前常用的负极粘结剂多为丁二烯-苯乙烯乳液（sbr）、苯丙乳液、聚丙烯酸溶液（paa）等，其中苯丙乳液虽然具有较好的动力学、优异的低dcr，但其高温循环性能差，满电反弹大等缺点限制了苯丙乳液在锂离子动力和储能电池中的应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中苯丙乳液用于锂离子电池耐高温循环性能差，满电反弹大的问题，本发明提供一种锂电池水性负极乳液，该锂电池水性负极乳液通过引入含二乙烯基的磷酸功能单体，增加交联点，可使树脂形成网状交联结构，提高了锂离子电池高温循环容量保持率，引入磷酸根基团，增加石墨层在负极集流体上的附着力，进一步提升电池高温循环容量保持率和降低满电反弹。本发明合成的锂电池水性负极乳液将可以直接用于动力、储能电池中，并具有较低的dcr。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种锂电池水性负极乳液，按照重量份数计，包括如下组分：

4、预乳液                       100份；

5、含二乙烯基的磷酸功能单体     5-10份；

6、中和剂                       2-4份；

7、引发剂                       0.2-0.4份；

8、水                           60份。

9、可选地，所述预乳液按照重量份数计，包括如下组分：

10、苯乙烯                   20-50份；

11、油溶性丙烯酸酯类单体     30-60份；

12、水溶性单体               5-10份；

13、交联单体                 2-5份；

14、阴离子乳化剂             0.5-2份；

15、非离子乳化剂             0.2-1份；

16、水                       40份。

17、可选地，所述含二乙烯基的磷酸功能单体按照如下方法制备：

18、将季戊四醇磷酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、阻聚剂、溶剂混合，进行除氧后，升温至130-140℃进行开环反应，得到所述含二乙烯基的磷酸功能单体。

19、可选地，所述季戊四醇磷酸酯、所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1：（1-3）。

20、可选地，所述油溶性丙烯酸酯类单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸十八酯中的至少一种。

21、可选地，所述水溶性单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种。

22、可选地，所述交联单体选自丙烯酰胺、丙烯酰吗啉、羟乙基丙烯酰胺、丁醚化丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、有机硅单体中的至少一种。

23、可选地，所述阴离子乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、磺化琥珀酸二辛脂钠盐中的至少一种。

24、可选地，所述非离子乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、吐温80、烷基醇聚醚中的至少一种。

25、本发明的另一目的在于提供一种如上所述的锂电池水性负极乳液的制备方法，包括如下步骤：

26、s1：按照配方量，将阴离子乳化剂、非离子乳化剂溶于水中，加入苯乙烯、油溶性丙烯酸酯类单体、水溶性单体、交联单体，搅拌，得到预乳液；

27、s2：按照配方量，将水、部分预乳液混合，再加入部分引发剂，搅拌，得到第一反应液；

28、s3：将所述第一反应液的温度升至82-84℃，恒温搅拌进行聚合反应，得到第二反应液；

29、s4：在所述第二反应液中加入剩余所述预乳液、剩余所述引发剂以及所述含二乙烯基的磷酸功能单体进行反应，反应结束后，降温至50℃，加入中和剂，调节ph=6-8，搅拌，再将温度降至40-45℃，过滤，得到锂电池水性负极乳液。

30、本发明的有益效果是：

31、本发明提供的锂电池水性负极乳液，通过引入含二乙烯基的磷酸功能单体，使得分子量增长，分子量增加，粘结剂成膜后可以形成聚合度更高的交联网状结构，紧紧抓住石墨表面，抑制石墨在满电的反弹，以及磷酸根提高了石墨在集流体上的附着力。交联和附着力提升，较大程度提高了锂离子电池高温循环容量保持率。

技术特征：

1.一种锂电池水性负极乳液，其特征在于，按照重量份数计，包括如下组分：

2.如权利要求1所述的锂电池水性负极乳液，其特征在于，所述预乳液按照重量份数计，包括如下组分：

3.如权利要求1所述的锂电池水性负极乳液，其特征在于，所述季戊四醇磷酸酯、所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1：（1-3）。

4.如权利要求2所述的锂电池水性负极乳液，其特征在于，所述油溶性丙烯酸酯类单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸十八酯中的至少一种。

5.如权利要求2所述的锂电池水性负极乳液，其特征在于，所述水溶性单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种。

6.如权利要求2所述的锂电池水性负极乳液，其特征在于，所述交联单体选自丙烯酰胺、丙烯酰吗啉、羟乙基丙烯酰胺、丁醚化丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、有机硅单体中的至少一种。

7.如权利要求2所述的锂电池水性负极乳液，其特征在于，所述阴离子乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、磺化琥珀酸二辛脂钠盐中的至少一种。

8.如权利要求2所述的锂电池水性负极乳液，其特征在于，所述非离子乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、吐温80、烷基醇聚醚中的至少一种。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的锂电池水性负极乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及电池用粘结剂技术领域，尤其涉及一种锂电池水性负极乳液及其制备方法，按照重量份数计，锂电池水性负极乳液包括如下组分：预乳液100份；含二乙烯基的磷酸功能单体5‑10份；中和剂2‑4份；引发剂0.2‑0.4份；水60份。本发明提供的锂电池水性负极乳液，通过引入含二乙烯基的磷酸功能单体，使得聚合后提高交联，分子量增加，该锂电池水性负极乳液粘结剂成膜后可以形成聚合度更高的交联网状结构，紧紧抓住石墨表面，抑制石墨在满电的反弹，提升了锂离子电池高温循环性能。

技术研发人员：卢遥,周成燕,李帅,徐雅琴
受保护的技术使用者：苏州德比电子材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/17