CN108276937A - 水性粘结剂、水性粘结剂的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水性粘结剂，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为20％～25％、23％～27％、0.5％～0.8％、0.8％～1.2％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述引发剂为硫酸铵‑亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。本发明还提供了上述水性粘结剂的制备方法及其应用，本发明能够解决现有技术中，油性粘结剂污染严重，影响涂布工艺效率的问题。

Description

水性粘结剂、水性粘结剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种水性粘结剂、水性粘结剂的制备方法及应用。
背景技术
随着人类工业的飞速发展，环境污染问题也越来越严重，包括温室效应，光化学烟雾事件，大气污染等。近年来我国出现了大面积长时间的雾霾天气，使得人们开始更加关注环境问题。
产生雾霾天气一个主要原因就是汽车尾气的排放。汽车尾气中含有的氮硫氧化物，不完全燃烧的烃类和固体颗粒，这些是造成环境污染的元凶之一。因此，发展新型能源汽车，用电力驱动汽车，成为了减少污染物排放，避免雾霾形成，改善城市环境的主要途径。
作为电动汽车的动力源的储能电池经历了多年的发展，目前主要使用的是能量密度高的锂离子电池和镍氧电池。但目前镍氢电池的储能性能已经接近理论极限值，难以获得进一步提高，很难满足动力汽车对电池的性能指标要求。而锂离子电池正在逐步取代镍氧电池成为目前应用最广泛电池。
锂离子电池中，粘结剂是其重要组成部分，粘结剂占锂离子电池电极中的活性物质的比重较高，起着稳定极片结构的作用，能够粘结和保持活性物质，是锂离子电池正、负极的重要组成部分。现有技术中，粘结剂大都采用油性粘结剂，污染严重，影响电池制作过程中的涂布工艺的效率，涂布成品率也较低，且使用油性粘结剂制备的锂离子电池，其容量保持率较低。
发明内容
鉴于上述状况，本发明提供一种水性粘结剂、水性粘结剂的制备方法及应用，解决油性粘结剂污染严重，影响涂布工艺效率的问题。
一种水性粘结剂，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为20％～25％、23％～27％、0.5％～0.8％、0.8％～1.2％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
根据本发明提供的水性粘结剂，没有使用有机溶剂，因此没有环境污染问题，且该水性粘结剂回收方便，用于涂布工艺能够有效提升效率，最终能够使涂布成品率提升至99％。
另外，根据本发明上述的水性粘结剂，还可以具有如下附加的技术特征：
在一个可选的实施方式中，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为3.5～4：1。
在一个可选的实施方式中，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为20％、27％、0.5％、0.9％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为3.5：1，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
在一个可选的实施方式中，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为25％、25％、0.6％、1.2％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为4：1，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
本发明还提供了上述水性粘结剂的制备方法，包括：
按照上述的原料种类和比例准备好各原料；
向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应；
加热至55～60℃，同时通入氮气以排除所述反应器中的氧；
向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃；
聚合反应后，分别向体系中同时滴加其余部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂；
滴加完全后，继续反应20～25min；
降温至40～45℃，然后向体系中加入氨水使溶液pH达到7.0～8.0，冷却后即得所述水性粘结剂。
进一步的，上述制备方法中，所述向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应的步骤中，搅拌时间为1～1.5h。
进一步的，上述制备方法中，所述向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃后，恒温25～30min。
进一步的，上述制备方法中，所述向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃的步骤，加入的丙烯酸异辛酯的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的12～18％，加入的丙烯腈的重量占全部丙烯腈的重量的15～20％，加入的引发剂的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的35～40％。
本发明还提供了上述水性粘结剂的应用，包括：
将所述水性粘结剂用于制备磷酸铁锂电池。
其中，所述制备磷酸铁锂电池的步骤包括：
正极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入正极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到正极浆料；
负极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入负极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到负极浆料，所述负极活性物质为磷酸铁锂；
涂布，将所述正极浆料和所述负极浆料涂覆在铜箔或者铝箔上，并经辊压、截片后得到正极极片和负极极片；
将所述正极极片和所述负极极片组装，以获得磷酸铁锂电池。
采用上述水性粘结剂制备出的磷酸铁锂电池，其首次库伦效率及容量保持率均优于相同条件下，采用油性粘结性制备的磷酸铁锂电池。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施方式的水性粘结剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的实施方式提供了一种水性粘结剂，其原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为20％～25％、23％～27％、0.5％～0.8％、0.8％～1.2％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。其中，阴离子乳化剂可以为羧酸盐型乳化剂、磺酸盐型乳化剂(如十二烷基苯磺酸钠)、硫酸酯盐型乳化剂中的一种或多种，非离子乳化剂可以为聚氧乙烯羧酸酯、多元醇羧酸酯、聚氧乙烯多元醇羧酸酯、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷芳基醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酰胺、烷基醇酰胺中的一种或多种。所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为3.5～4：1。
根据本发明提供的水性粘结剂，没有使用有机溶剂，因此没有环境污染问题，且该水性粘结剂回收方便，用于涂布工艺能够有效提升效率，最终能够使涂布成品率提升至99％。
请参阅图1，本发明提供了上述水性粘结剂的制备方法，包括：
按照上述的原料种类和比例准备好各原料；
向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应；
加热至55～60℃，同时通入氮气以排除所述反应器中的氧；
向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃；
聚合反应后，分别向体系中同时滴加其余部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂；
滴加完全后，继续反应20～25min；
降温至40～45℃，然后向体系中加入氨水使溶液pH达到7.0～8.0，冷却后即得所述水性粘结剂。
此外，本实施方式还提供了上述水性粘结剂的应用，将所述水性粘结剂用于制备磷酸铁锂电池。
所述制备磷酸铁锂电池的步骤包括：
正极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入正极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到正极浆料；
负极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入负极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到负极浆料，所述负极活性物质为磷酸铁锂；
涂布，将所述正极浆料和所述负极浆料涂覆在铜箔或者铝箔上，并经辊压、截片后得到正极极片和负极极片；
将所述正极极片和所述负极极片组装，以获得磷酸铁锂电池。
采用上述水性粘结剂制备出的磷酸铁锂电池，其首次库伦效率及容量保持率均优于相同条件下，采用油性粘结性制备的磷酸铁锂电池。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
实施例一
一种水性粘结剂，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为20％、27％、0.5％、0.9％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为3.5：1，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
本实施例的水性粘结剂的制备方法：
按照上述的原料种类和比例准备好各原料；
向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应，搅拌时间为1h；
加热至55℃，同时通入氮气以排除所述反应器中的氧；
向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃后，恒温25min，其中，加入的丙烯酸异辛酯的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的12％，加入的丙烯腈的重量占全部丙烯腈的重量的20％，加入的引发剂的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的35％。
聚合反应后，分别向体系中同时滴加其余部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂；
滴加完全后，继续反应20min；
降温至40℃，然后向体系中加入氨水使溶液pH达到7.0，冷却后即得所述水性粘结剂。
本实施例还提出上述水性粘结剂的应用，将所述水性粘结剂用于制备磷酸铁锂电池。
所述制备磷酸铁锂电池的步骤包括：
正极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入正极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到正极浆料；
负极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入负极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到负极浆料，所述负极活性物质为磷酸铁锂；
涂布，将所述正极浆料和所述负极浆料涂覆在铜箔或者铝箔上，并经辊压、截片后得到正极极片和负极极片；
将所述正极极片和所述负极极片组装，以获得磷酸铁锂电池。
对本实施例制备出的磷酸铁锂电池进行电性能测试，测试结果为，以0.1C的倍率放电、0.1C的倍率充电，该磷酸铁锂电池的首次循环的充电比容量为398.4mAh/g，放电比容量为382.5mAh/g，库伦效率为96.0％；经过500次循环后，其容量保持率为86.3％。
实施例二
一种水性粘结剂，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为25％、25％、0.6％、1.2％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为4：1，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
本实施例的水性粘结剂的制备方法：
按照上述的原料种类和比例准备好各原料；
向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应，搅拌时间为1.3h；
加热至58℃，同时通入氮气以排除所述反应器中的氧；
向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃后，恒温27min，其中，加入的丙烯酸异辛酯的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的16％，加入的丙烯腈的重量占全部丙烯腈的重量的18％，加入的引发剂的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的40％。
聚合反应后，分别向体系中同时滴加其余部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂；
滴加完全后，继续反应23min；
降温至42℃，然后向体系中加入氨水使溶液pH达到7.5，冷却后即得所述水性粘结剂。
本实施例还提出上述水性粘结剂的应用，将所述水性粘结剂用于制备磷酸铁锂电池。
所述制备磷酸铁锂电池的步骤包括：
正极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入正极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到正极浆料；
负极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入负极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到负极浆料，所述负极活性物质为磷酸铁锂；
涂布，将所述正极浆料和所述负极浆料涂覆在铜箔或者铝箔上，并经辊压、截片后得到正极极片和负极极片；
将所述正极极片和所述负极极片组装，以获得磷酸铁锂电池。
对本实施例制备出的磷酸铁锂电池进行电性能测试，测试结果为，以0.1C的倍率放电、0.1C的倍率充电，该磷酸铁锂电池的首次循环的充电比容量为384.8mAh/g，放电比容量为370.2mAh/g，库伦效率为96.2％；经过500次循环后，其容量保持率为85.7％。
实施例三
一种水性粘结剂，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为24％、23％、0.8％、0.8％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为3.8：1，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
本实施例的水性粘结剂的制备方法：
按照上述的原料种类和比例准备好各原料；
向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应，搅拌时间1.5h；
加热至60℃，同时通入氮气以排除所述反应器中的氧；
向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃后，恒温30min，其中，加入的丙烯酸异辛酯的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的18％，加入的丙烯腈的重量占全部丙烯腈的重量的15％，加入的引发剂的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的37％。
聚合反应后，分别向体系中同时滴加其余部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂；
滴加完全后，继续反应25min；
降温至45℃，然后向体系中加入氨水使溶液pH达到8.0，冷却后即得所述水性粘结剂。
本实施例还提出上述水性粘结剂的应用，将所述水性粘结剂用于制备磷酸铁锂电池。
所述制备磷酸铁锂电池的步骤包括：
正极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入正极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到正极浆料；
负极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入负极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到负极浆料，所述负极活性物质为磷酸铁锂；
涂布，将所述正极浆料和所述负极浆料涂覆在铜箔或者铝箔上，并经辊压、截片后得到正极极片和负极极片；
将所述正极极片和所述负极极片组装，以获得磷酸铁锂电池。
对本实施例制备出的磷酸铁锂电池进行电性能测试，测试结果为，以0.1C的倍率放电、0.1C的倍率充电，该磷酸铁锂电池的首次循环的充电比容量为380.2mAh/g，放电比容量为362.7mAh/g，库伦效率为95.4％；经过500次循环后，其容量保持率为85.2％。
其中，现有技术指的是采用油性粘结剂制备的磷酸铁锂电池，除粘结剂不同外，其它物质以及测试条件是一致的。从上表中可以看出，不论是充电比容量，还是库伦效率以及500次循环的容量保持率，上述三个实施例制备出的磷酸铁锂电池均优于现有技术，此外，相比油性粘结剂，本发明提供的水性粘结剂没有环境污染，该水性粘结剂回收方便，用于涂布工艺能够有效提升效率，实际作用中，能够使涂布成品率提升至99％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水性粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为20％～25％、23％～27％、0.5％～0.8％、0.8％～1.2％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
2.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为3.5～4：1。
3.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为20％、27％、0.5％、0.9％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为3.5：1，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
4.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于，所述水性粘结剂的原料包括丙烯酸异辛酯、丙烯腈、乳化剂、引发剂，按重量百分比各成分的比例依次为25％、25％、0.6％、1.2％，剩余组分为去离子水，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合乳化系统，所述阴离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为4：1，所述引发剂为硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂体系。
5.一种水性粘结剂的制备方法，其特征在于，包括：
按照权利要求1所述的原料种类和比例准备好各原料；
向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应；
加热至55～60℃，同时通入氮气以排除所述反应器中的氧；
向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃；
聚合反应后，分别向体系中同时滴加其余部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂；
滴加完全后，继续反应20～25min；
降温至40～45℃，然后向体系中加入氨水使溶液pH达到7.0～8.0，冷却后即得所述水性粘结剂。
6.根据权利要求5所述的水性粘结剂的制备方法，其特征在于，所述向反应器中加入全部的乳化剂和去离子水，搅拌使其混合均匀以发送乳化反应的步骤中，搅拌时间为1～1.5h。
7.根据权利要求5所述的水性粘结剂的制备方法，其特征在于，所述向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃后，恒温25～30min。
8.根据权利要求5所述的水性粘结剂的制备方法，其特征在于，所述向所述反应器中加入部分的丙烯酸异辛酯、丙烯腈和引发剂，加热至65～70℃的步骤，加入的丙烯酸异辛酯的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的12～18％，加入的丙烯腈的重量占全部丙烯腈的重量的15～20％，加入的引发剂的重量占全部丙烯酸异辛酯的重量的35～40％。
9.权利要求1至4任意一项制备的水性粘结剂的应用，将所述水性粘结剂用于制备磷酸铁锂电池。
10.根据权利要求9所述的水性粘结剂的应用，其特征在于，所述制备磷酸铁锂电池的步骤包括：
正极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入正极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到正极浆料；
负极混料，将去离子水和所述水性粘结剂放入搅拌机搅拌罐中进行混合，然后加入导电剂进行，最后加入负极活性物质，抽真空后继续搅拌，得到负极浆料，所述负极活性物质为磷酸铁锂；
涂布，将所述正极浆料和所述负极浆料涂覆在铜箔或者铝箔上，并经辊压、截片后得到正极极片和负极极片；
将所述正极极片和所述负极极片组装，以获得磷酸铁锂电池。
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