一種水性粘合劑及其制備方法,應用了該水性粘合劑的電極片、隔離膜和電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及一種水性粘合劑、其制備方法及應用，屬于鋰離子電池材料領域。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池由于能量密度高、循環(huán)壽命長、開路電壓高、安全穩(wěn)定等一系列優(yōu)點， 在短短的十幾年內(nèi)，得到了迅速發(fā)展，因而廣泛地用于為筆記本電腦、數(shù)碼相機、攝像機、移 動通訊設備等各種移動設備和裝置提供電源。
[0003] 鋰離子電池由正極片、隔離膜、負極片、電解液和電池包裝殼組成。在鋰離子電池 的正極片、隔離膜、負極片的制備過程中大都需要粘合劑，以將活性材料制備成漿料，繼而 進行涂布、干燥等工藝。
[0004] 鋰離子電池用粘合劑主要分為兩類，一類是油性粘合劑，采用有機溶劑作為分散 劑；一類是水性粘合劑，采用水作為分散劑。與油粘合劑相比，以水為分散劑的水性粘合劑 在制備過程中無溶劑釋放、對環(huán)境友好、生成成本低、安全高，越來越受到研宄者們的重視， 成為粘合劑行業(yè)的重要發(fā)展方向。
[0005]目前水性粘合劑在大規(guī)模使用過程中，主要存在的問題有：第一，由于粘合劑選擇 的不合理，造成粘結性能很差，容易掉粉；第二，由于水的表面張力較高，粉料質(zhì)量份額大， 漿料難以攪勻，烘烤時難以流平。第三，制作的極片較硬。
[0006] 本申請?zhí)峁┝艘环N鋰離子電池用水性粘合劑，可用于鋰離子電池極片制作和隔離 膜預處理，為鋰電池的生產(chǎn)帶來環(huán)境友好性工藝，并提供一種鋰離子電池極片用新型粘合 劑和多孔隔離膜改性材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種水性粘合劑，該水性粘合劑可用于電極極片 的制作和隔離膜的預處理，提高電極的充放電動力學，增加隔離膜的離子電導率，同時，水 性體系的使用，有利于環(huán)境友好生產(chǎn)工藝的開發(fā)，減少鋰離子電池行業(yè)內(nèi)有機溶劑的使用， 增加生產(chǎn)車間的安全，為員工提供一個健康的工作環(huán)境。
[0008] 所述水性粘合劑的特征在于，為含有核殼結構乳膠粒子的乳液，其中，核殼結構乳 膠粒子的核含有含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B ;核殼結構乳膠粒子的殼含有親水 性聚合物M ;所述乳液中核殼結構乳膠粒子的固含量為5~50wt%。所述乳液中核殼結構 乳膠粒子的固含量的優(yōu)選范圍的上限為45?1:%、4〇￥1:%、35￥1:%、3〇￥1:%中的一個 ；所述乳 液中核殼結構乳膠粒子的固含量的優(yōu)選范圍的下限為8wt %、1 Owt %、15wt %、20wt %中的 一個。
[0009] 其中，所述含有核殼結構乳膠粒子的乳液中，核殼結構乳膠粒子占總固體物的 90~100wt%;所述核殼結構乳膠粒子的核中，含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B重量 之和占整個核重量的90~100wt% ;所述核殼結構乳膠粒子的殼中，親水性聚合物M占整 個殼重量的90~lOOwt %。
[0010] 所述含氟聚合物A含有任選自含有氟元素的聚合物中的一種或幾種的混合物。優(yōu) 選地，所述含氟聚合物A含有一種或多種聚合物組分，且每種聚合物組分為由包括選自含 氟烯烴單體中的至少一種的單體聚合而成的聚合物。所述含氟烯烴單體的碳原子數(shù)的下限 為2,所述含氟烯烴單體的碳原子數(shù)的上限可為3、5、7、10。在所述含氟聚合物A中，源自所 述含氟稀徑單體的結構單元的含量可為95~100wt%;優(yōu)選地含量范圍為98~100wt%; 進一步優(yōu)選的含量為l〇〇wt%。
[0011] 所述含氟烯烴單體中可包含一個或兩個以上的碳碳雙鍵。
[0012] 優(yōu)選地，所述含氟烯烴單體中，氟與碳的原子比為1~3 ;進一步優(yōu)選地，氟與碳的 原子比為2~3。
[0013] 所述含氟烯烴單體中還可含有除氟以外的其他鹵族元素。其他鹵族元素具體而言 可為氯、溴、碘。在含氟烯烴單體中，其他鹵族元素與碳的原子比可為〇. 1~1 ;優(yōu)選地，其 他鹵素元素與碳原子的比可為0. 2~0. 8 ;進一步優(yōu)選地，其他鹵素元素與碳原子的比可為 0. 3 ~0. 5。
[0014] 優(yōu)選地，所述含氟聚合物A為親油性聚合物。
[0015] 優(yōu)選地，所述含氟聚合物A選自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氟乙 烯、聚三氟氯乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟丙烯共聚物中的至少一種。
[0016] 本申請中，所述無氟親油極性聚合物B由任意一種或幾種不含氟元素且含有不飽 和碳鍵的單體聚合得到。
[0017] 優(yōu)選地，所述無氟親油極性聚合物B的化學結構式中，至少含有式（1)中的結構單 元：
[0018]
混體系的結晶度。含氟聚合物A的量過高時，結晶度較高，電解液吸收量少；無氟親油極性 聚合物B的量過高時，粘合劑柔性較差，易發(fā)生極片脆斷。本領域技術人員可通過調(diào)節(jié)核芯 層的含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B的比例，調(diào)控粘合劑的柔性和電化學性能。優(yōu)選 地，所述含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B的重量比為A : B = I~9 : 9~1;進一 步優(yōu)選地，所述含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B的重量比為A : B = 3~7 : 7~ 3;進一步優(yōu)選地，所述含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B的重量比為A : B = 4~ 6 : 8 ~2〇
[0026] 優(yōu)選地，所述親水性聚合物M的化學結構式中，至少包含式（2)中的結構單元：
[0027]
[0028] 其中，1?5、1?7獨立地任選自氫、碳原子數(shù)為1~10的烷基；R 6為氫或R6是碳原子數(shù) 為1~10且含有選自羧酸基、羧酸鹽基、酰胺基、烷基酰胺基中至少一種基團的基團；馬是 碳原子數(shù)為1~10且含有選自羧酸基、羧酸鹽基、酰胺基、烷基酰胺基中至少一種基團的基 團。所述羧酸鹽基任選自羧酸堿金屬鹽基或者羧酸堿土金屬鹽基。
[0029] 在R5、&為烷基的情況下，所述烷基的碳原子數(shù)的上限值還可為3、5、7。
[0030] R6、R8的碳原子數(shù)的上限值還可為3、5、7。所述親水性聚合物M中，具有式⑵結 構的單元占整個親水性聚合物M的比例為80~100wt%。具有式（2)結構的單元占占整個 親水性聚合物M的比例優(yōu)選范圍的下限值可為85wt%、90wt%、95wt%、98wt%中的一個。
[0031]優(yōu)選地，式（2)中，所述 R5為氫；R 6任選自-C00H、-COOLi、-COONa、-COOK ;R 7為氫 或-CH3;R 8任選自-C00H、-COOLi、-COONa、-C00K、-C0NH 2、-C0NHCH3、-CON (CH3) 2。
[0032] 本申請所述核殼結構乳膠粒子中，作為核的含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物 B，與作為殼的親水性聚合物M需要維持一定的比例，以確保粘合劑的穩(wěn)定性和粘結性，A和 B的比例過高，膠粘劑的粘結力??；親水性聚合物M比例過高，電解液的吸收量和膠粘劑的 柔性減小，而通過調(diào)節(jié)殼層高極性親水性聚合物的種類和含量，可以調(diào)控粘合劑的界面粘 結力。本領域技術人員，可以根據(jù)實際需要和產(chǎn)品要求，選擇最佳的比例。優(yōu)選地，所述含氟 聚合物A和無氟親油極性聚合物B與親水性聚合物M的重量比為（A+B) : M = 3~9 : 7~ 1;進一步優(yōu)選地，所述含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B與親水性聚合物M的重量比 為（A+B) : M = 4 ~7 : 6 ~3。
[0033] 根據(jù)本申請的又一個方面，提供一種所述水性粘合劑的制備方法，其特征在于，至 少含有以下步驟：
[0034] a)將含氟聚合物A和無氟親油極性聚合物B的單體加入非水溶性溶劑中，混合均 勻，得到體系I;
[0035] b)將親水聚合物M的單體和乳化劑在水中分散均勻，調(diào)節(jié)pH值至7~9,得到體 系II ;
[0036] c)將體系I和體系II混合均勻，充分乳化后，除去非水溶性溶劑，得到體系III;
[0037] d)在30~90°C下，氮氣或惰性氣體氣氛中，向體系III中加入聚合反應引發(fā)劑， 待聚合反應完成后，即得所述水性粘合劑。
[0038] 優(yōu)選地，所述無氟親油極性聚合