自交联锂离子电池正极水性粘合剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种锂离子电池材料领域，主要涉及了一种自交联锂离子电池正极水性粘合剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着科学技术的发展以及人民物质文化生活水平的提高，人们对可移动的二次电池的要求也越来越高。锂离子二次电池在很多方面能够满足人们对移动电源的使用要求，目前锂离子电池广泛应用于手机数码产品，航模玩具，电动车和汽车等领域。同时，由于锂离子电池符合国家节能减排的政策，因此，在新能源规划中，提倡在未来的10-15年里，大力发展锂离子电池。与此同时，随着我国经济发展的持续增长，人们对生活的环境关注度大为提高，因此，在发展任何项目的同时，必须保护我们生存的环境，即便是大力提倡的新能源项目，也必须不以牺牲环境保护为代价进行发展。

2、而在目前传统年的锂离子电池生成工艺过程中，特别是正极极片的制备过程中，还使用传统的溶剂型粘合剂，即在使用的过程中，需要大量的溶剂作为溶剂来溶解粘合剂，然后在制备过程中再将溶剂用加热的方式蒸发除去，由此不仅造成了极大的能源浪费，还将溶剂排放到大气之中（即使采用现状最好的回收装置，也很难达到100%的回收），对环境造成污染。因此，将粘合剂进行油改水，成了锂离子电池制造过程中的一个不可回避的课题。

3、目前，国内外研究人员对此做了大量的研究工作，cn01108511.8，cn01108524.x公开了一种粘合剂，但是改粘合剂在实际使用过程中，还存在以下缺点：需要低温烘烤，导致生成效率低，制备的极片脆，柔软性差，导致在电池制备过程中容易折断，并且在制作过程中易产生翘曲，导致电池容易形成废品，增大电池生产成本；cn201410731027.8，cn200910300150.3采用低极性聚合物作为核，高极性聚合物做壳合成出柔软性有改善的锂离子水性粘合剂，但是，由于在采用已有聚合物作为反应核，因此选择性和可设计性差，该产品也没有能够很好的改善锂离子电池制造过程中存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供一种不含低分子乳化剂的具有稳定的结构、表面张力较低的自交联锂离子电池正极水性粘合剂，第二个目的是提供一种自交联锂离子电池正极水性粘合剂的制备方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种自交联锂离子电池正极水性粘合剂，其特征在于：由乳液及分散在乳液中的胶乳粒子组成，所述胶乳粒子是由丙烯酸类单体，丙烯酸酯类单体以及有机硅氧烷单体依次共聚而成的共聚物；丙烯酸类单体是甲基丙烯酸或者其衍生物酸，或者甲基丙烯酸或者其衍生物酸对应的盐，或者其混合物；丙烯酸酯类是甲基丙烯酸的各种酯及其衍生物，或者其混合物；有机硅氧烷单体是同时含双键与烷氧基的有机硅活性功能单体，或者其混合物；所述乳液的固含量为5～30%，丙烯酸类单体，丙烯酸酯类单体以及有机硅氧烷单体的质量比为：（10～60）：（20～80）：（5～20）。

4、这样，本发明的水性粘合剂，以水为分散介质，解决了锂电池用粘结剂的环保问题，是环保型粘结剂。且本发明的粘合剂乳液在使用过程中，会形成化学交联结构，提高的附着力和耐电解液性能，制备的电池性能满足客户需求。

5、进一步的，所述甲基丙烯酸或者其衍生物酸，或者甲基丙烯酸或者其衍生物酸对应的盐，为丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸，马来酸，丙烯酰胺基异丙基磺酸，2-烯丙基醚3-羟基丙烷-1-磺酸，乙烯基磺酸，烯丙基磺酸，甲基丙烯磺酸，苯乙烯磺酸，以及前述酸对应的盐，其中的任一种，或任两种以各自大于百分之零的比例混合，或任三种以各自大于百分之零的比例混合，或任四种以各自大于百分之零的比例混合，或任五种以各自大于百分之零的比例混合，直至全部组分以各自大于百分之零的比例混合而得；其中，盐的阳离子为铵离子、锂离子、钠离子或者钾离子，整个用量为总质量的10～60%。

6、进一步的，所述丙烯酸酯类及其衍生物单体，包括丙烯酰胺，丙烯酸乙酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸正/异丁酯，丙烯酸正辛酯，丙烯酸2-异辛酯，丙烯酸正/异癸酯，丙烯酸羟乙酯，丙烯酸羟丙酯，丙烯酸羟丁酯，丙烯酰吗啡啉，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，甲基丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸羟丙酯，甲基丙烯酸羟丁酯，甲基丙烯酰吗啡啉，甲基丙烯酸羟丙酯，丙烯腈，丁烯腈，5-己烯腈，环己烯-1-腈，2-壬烯腈，醋酸乙烯酯，n-羟甲基丙烯酰胺，羟乙基丙烯酰脲，双丙酮丙烯酰胺，邻苯二甲酸二烯丙酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，双酚a丙三醇双甲基丙烯酸酯，甘油1,3-二甘油醇酸二丙烯酸酯，1，6-己二醇双丙烯酸酯，二缩丙二醇双丙烯酸酯，三缩丙二醇双丙烯酸酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯，丙烯酸聚乙二醇单甲醚，甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚，烯丙基聚乙二醇，烯丙基聚丙二醇，丙烯酸十二烷基酯，丙烯酸十四烷基酯，丙烯酸十六烷基酯，丙烯酸月桂酯，丙烯酸十八酯，丙烯酸二十二烷基酯，丙烯酸异冰片酯，甲基丙烯酸正/异丁酯，甲基丙烯酸2-异辛酯，新癸酸乙烯酯，马来酸二丁酯，甲基丙烯酸十八脂；由其中的任一种，或任两种以各自大于百分之零的比例混合，或任三种以各自大于百分之零的比例混合，或任四种以各自大于百分之零的比例混合，或任五种以各自大于百分之零的比例混合，直至前述全部组分以各自大于百分之零的比例混合而得。

7、进一步的，所述同时含有碳碳双键和硅氧烷的有机硅单体，为乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基乙氧基硅烷，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷,甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷，烯丙基三甲氧基硅烷，烯丙基三乙氧基硅烷，烯丙基甲氧基二乙氧基硅烷，烯丙基三乙氧基硅烷，烯丙基甲氧基二乙氧基硅烷，其中的任一种，或任两种以各自大于百分之零的比例混合，或任三种以各自大于百分之零的比例混合，或任四种以各自大于百分之零的比例混合，直至前述全部组分以各自大于百分之零的比例混合而得。

8、进一步的，所述水性粘结剂在成膜干燥过程中，乳液胶乳破乳，硅氧烷在水的作用下发生水解生成硅醇（si-oh）， si - o h基团与邻近的si - o h 基团缩合形成si- o -si 键，从而使聚合物大分子间产生交联。

9、进一步的，所述粘结剂用的引发剂为过硫酸钾，过硫酸铵，过硫酸钠，亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、偶氮二异庚腈，偶氮二异丁脒盐酸盐（aiba），偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（aibi），以及偶氮二异丁腈中的任一种，或任两种以各自大于百分之零的比例混合，或任三种以各自大于百分之零的比例混合，或任四种以各自大于百分之零的比例混合，直至前述全部组分以各自大于百分之零的比例混合而得。

10、自交联锂离子电池正极水性粘合剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤，

11、1）按照工艺要求的组分及配比，准备前述的乳化剂、丙烯酸类单体或混合物、丙烯酸酯类单体或混合物、带碳碳双键的有机硅单体或混合物、引发剂以及去离子水；

12、2）将丙烯酸类单体或混合物和去离子水，加入反应装置中，搅拌以混合均匀；升温至50℃—80℃，加入引发剂引发聚合，恒温反应0.6—1.5小时；

13、3）控制滴加丙烯酸酯类单体或混合物速度，在1-5小时内滴加完成，温度控制在60℃—90℃，并搅拌；然后在60℃—90℃，恒温反应2-5小时；

14、4）与3）相似，滴加入带碳碳双键的有机硅单体或混合物，加入时温度控制在60℃—90℃，1-5小时内滴加完成，并搅拌；滴加入完成后，保持温度在60℃—90℃，恒温工艺要求的一段时间。

15、进一步的：所述的恒温反应的时间为0.2—10小时。

16、与现有技术相比，本发明得到的自交联锂离子电池正极水性粘合剂及其制备方法具有如下优点：

17、1、本发明粘合剂以水为分散介质，解决了锂电池用粘合剂的环保问题，是环保型粘合剂。

18、2、本发明采用在合成的前段引入含丙烯酸及其衍生物盐的结构具有良好的分散性能和附着力，中间段的丙烯酸酯衍生物具有良好的控制调节粘结剂表面张力作用，对粘结剂在正极材料颗粒和导电剂表面的铺展具有良好作用，而后段引入有机硅氧烷结构，使得粘结剂在干燥过程中，形成化学交联，因此该粘合剂对正极和导电剂的分散和粘结性都非常优异，并能抵抗电解液的溶胀和侵蚀。

19、3、本发明在容量发挥和容量保持和油性粘结剂相当，且利于大规模推广。