【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及二次電池材料，尤其是涉及一種聚丙烯酸酯類粘結劑及其應用、電極片及鋰離子電池。
技術介紹
1、鋰離子電池因具有能量密度高、無記憶效應、循環壽命長、環境友好、能夠適應各種環境等優點，被廣泛應用于3c、電動汽車和電動工具等產品中。在實際應用中，為了提高電池的安全性能，在電池的極片中引入安全涂層是行業內常用的措施之一。
2、相關技術中，安全涂層大多包含一定比例的無機填料、導電劑和粘結劑，目前常用的粘結劑以聚偏二氟乙烯（pvdf）為主。然而，pvdf粘結劑在以下方面存在著不足：（1）性能：pvdf提供的粘結力主要依賴于分子間的范德華力，導致使用pvdf的安全涂層存在粘結力不足的問題；（2）價格和來源：目前高性能pvdf價格昂貴，且來源受限，極大增加了電極片的制造成本；（3）環境友好性：使用pvdf時需要用到揮發性較強的有機溶劑nmp（n-甲基吡咯烷酮）等，不僅會污染環境，而且對人體健康有害，同時nmp的使用也進一步增加了物料成本以及相應的回收處理成本。
3、因此，解決目前粘結劑存在的粘結力不足、成本高昂、來源受限、對環境不友好的問題，提供粘結性能好、綠色安全、兼具成本優勢、對環境友好且能夠有效改善電池安全性能和循環性能的粘結劑具有重要的意義。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本專利技術提出一種聚丙烯酸酯類粘結劑及其應用、電極片及鋰離子電池，旨在解決目前粘結劑存在的粘結力不足、成本高昂、來源受限以及對環境不友好的
2、本專利技術的第一方面，提出了一種聚丙烯酸酯類粘結劑，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的結構式為：
3、；
4、其中，r1每次出現，分別獨立地選自h、li或na；
5、r2每次出現，分別獨立地選自取代或未取代的c1~c10的烷基；
6、且5≤(x+z)/y≤20，1.2≤z/x≤2，x、y、z均不為0。
7、根據本專利技術實施例的聚丙烯酸酯類粘結劑，至少具有以下有益效果：本專利技術提供的聚丙烯酸酯類粘結劑，通過對粘結劑分子鏈中氰基（-cn）、酯基（-coor2）和羧酸根（-coor1）含量的限定，從而實現良好的粘結性能；且粘結劑為水溶性，溶劑為水，不需用到nmp等有害的有機溶劑，對人體無害且對環境友好；來源豐富，價格便宜，可廣泛應用于工業化生產。將上述粘結劑作為水性安全涂層的原料引入電極片，基于其優良的粘結性能，能夠使水性安全涂層牢固地粘附于電極片的集流體表面，不僅可以降低表面接觸電阻，在電芯進行安全測試時還能夠減少集流體毛刺的產生，減少集流體毛刺與充電態不穩定的活性物質之間的接觸短路，從而提升電芯的安全性。不僅如此，通過對粘結劑分子量以及分子鏈中氰基、酯基和羧酸根含量的限定，還可實現對粘結劑電解液吸收率的調節，可顯著提升電芯的倍率性能和高低溫放電性能，改善電池的安全性能和循環性能。
8、本專利技術提供的粘結劑，分子鏈含有氰基（-cn，其數量在所有側鏈基團中的占比為n1，n1=z/(x+y+z)）、羧酸根（-coor1，r1每次出現分別獨立地選自h、li、na，其數量在所有側鏈基團中的占比為n2，n2=x/(x+y+z)）和酯基（-coor2，r2每次出現分別獨立地選自取代或未取代的c1~c10的烷基，其數量在所有側鏈基團中的占比為n3，n3=y/(x+y+z)），n1+n2+n3=1。
9、其中，-cn為強極性基團，電解液親和性以及電化學穩定性好，可以提供較大的粘結力，不過該基團剛性較大，無法應對鋰離子嵌入/脫出活性材料時發生的巨大體積變化。
10、其中，-coor1帶有負電荷，彼此之間相互排斥，有助于粘結劑分子的伸展，促進導電劑的均勻分散，同時還能調控粘結劑在電解液溶劑中的溶脹度，使粘合劑受電解液溶解的侵蝕減弱，能夠更好地保持粘接能力和粘接效果。
11、其中，-coor2與電解液中碳酸酯類溶劑的極性和溶解度參數接近，有利于粘結劑適度吸收電解液，而電解液的吸收會增塑粘結劑，使其產生彈性和柔韌性，以適應電極活性材料在充放電過程中隨著鋰離子的嵌入\脫出的體積周期性變化，同時，電解液的吸收也會提升水性安全涂層的離子電導率，促進電芯低溫放電性能的提升。
12、粘結劑是維持極片完整性必不可少的部分，對電池比容量、循環穩定等性能的提高非常重要。聚丙烯酸因含有較多極性官能團、可溶于水、黏附性好而被用作鋰電池正負極黏結劑。然而，聚丙烯酸的極性基團使得分子鏈間形成的氫鍵導致了鏈剛性較大，不利于維持充放電過程中極片的完整性，因此，控制聚丙烯酸官能團數量、改變官能團種類及聚丙烯酸分子鏈結構，對鋰電池電性能的提高勢在必行。本專利技術對粘結劑分子鏈中氰基、酯基和羧酸根含量進行了限定：（1）限定1.2≤z/x≤2，即n1、n2滿足1.2≤n1/n2≤2；當n1/n2＜1.2，易導致粘結劑粘結力不足；而當n1/n2＞2，分子鏈呈蜷縮狀態，不利于導電劑的分散，粘結劑更容易受到電解液溶脹的影響；（2）限定5≤(x+z)/y≤20，即n1、n2、n3滿足5≤(n1+n2)/n3≤20；當(n1+n2)/n3＜5時，粘結劑中含有過量的-coor2，此時粘結劑易吸收過量的電解液，粘結力快速下降，彈性變差，電芯性能惡化；而當(n1+n2)/n3＞20時，粘結劑中的-coor2含量過低，此時粘結劑的彈性不夠，水性安全涂層的離子電導率較低，電芯的低溫放電性能和倍率放電性能出現顯著降低。最終，本專利技術通過對粘結劑分子鏈中氰基、酯基和羧酸根的含量進行調控，實現了粘結劑良好的粘結力，以及對粘結劑電解液吸收率的調節，提升了電芯的倍率及高低溫放電性能。
13、在本專利技術的一些實施方式中，r2每次出現，分別獨立地選自c1~c10的直鏈烷基、支鏈烷基或環烷基，優選為c1~c10的直鏈烷基，更優選為c1~c4的烷基。
14、在本專利技術的一些實施方式中，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的重均分子量mw范圍為200000~500000，例如可以為200000、250000、300000、350000、400000、450000、500000。
15、在本專利技術的一些實施方式中，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的數均分子量mn范圍為100000~400000，例如可以為100000、150000、200000、250000、300000、350000、400000。
16、在本專利技術的一些實施方式中，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的重均分子量mw和數均分子量mn的比例滿足mw/mn≤3，優選mw/mn范圍為1.5~1.9。
17、粘結劑分子量過低，不僅粘結力過低，還會導致粘結劑用量增加；分子量過高，則會導致粘度過高，加工困難。而mw/mn＞3，粘結劑的分子量分布過于分散，惡化水性安全涂層性能。
18、在本專利技術的一些實施方式中，所述聚丙烯酸酯類粘結劑在80℃下的電解液吸收率c為10%~50%，例如可以為10%~20%、20%~30%、30%~40%、40%~50%。<本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種聚丙烯酸酯類粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的結構式為：
2.根據權利要求1所述的聚丙烯酸酯類粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的重均分子量Mw范圍為200000~500000，數均分子量Mn范圍為100000~400000；
3.根據權利要求1所述的聚丙烯酸酯類粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑在80℃下的電解液吸收率為10%~50%。
4.一種水性安全涂層，其特征在于，所述水性安全涂層的原料包括如權利要求1-3任一項所述的聚丙烯酸酯類粘結劑、第一導電劑以及無機填料。
5.根據權利要求4所述的水性安全涂層，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑占所述水性安全涂層的質量百分數為1%~24%。
6.根據權利要求4所述的水性安全涂層，其特征在于，包括以下至少一種：
7.一種電極片，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述的電極片，其特征在于，所述水性安全涂層涂覆于所述集流體的至少一側表面，所述活性物質層涂覆于所述水性安全涂層遠離所述集流體的一側表面和/或涂覆于所述集流體
9.根據權利要求8所述的電極片，其特征在于，所述水性安全涂層涂覆于所述集流體的兩側表面；所述水性安全涂層滿足以下至少一種：
10.一種如權利要求7-9任一項所述的電極片的制備方法，其特征在于，包括步驟：
11.根據權利要求10所述的電極片的制備方法，其特征在于，包括以下至少一種：
12.一種鋰離子電池，其特征在于，包括正極片、負極片、間隔于所述正極片和負極片之間的隔膜；所述正極片和/或所述負極片為權利要求7-9任一項所述的電極片或者如權利要求10-11任一項所述的制備方法得到的電極片。
13.一種如權利要求12所述的鋰離子電池在儲能裝置、用電裝置或電子設備中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種聚丙烯酸酯類粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的結構式為：
2.根據權利要求1所述的聚丙烯酸酯類粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑的重均分子量mw范圍為200000~500000，數均分子量mn范圍為100000~400000；
3.根據權利要求1所述的聚丙烯酸酯類粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑在80℃下的電解液吸收率為10%~50%。
4.一種水性安全涂層，其特征在于，所述水性安全涂層的原料包括如權利要求1-3任一項所述的聚丙烯酸酯類粘結劑、第一導電劑以及無機填料。
5.根據權利要求4所述的水性安全涂層，其特征在于，所述聚丙烯酸酯類粘結劑占所述水性安全涂層的質量百分數為1%~24%。
6.根據權利要求4所述的水性安全涂層，其特征在于，包括以下至少一種：
7.一種電極片，其特征在于，包括：
8.根據權...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃旭，魏小亮，譚遠高，吳聲本，項海標，
申請(專利權)人：浙江鋰威能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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