改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電池粘結劑，可應用于鋰離子電池正極材料以及負極材料制備中。本發明還公開了該粘結劑的制備方法和具體應用。
【背景技術】
[0002]近年來，環境污染問題不斷加重，霧霾等問題也日益成為人們所關注的焦點。而汽車尾氣的排放被認為是霧霾的一大源頭。為了改善環境，提倡綠色出行，國家也出臺了各類政策對新能源汽車給予了大力支持。
[0003]鋰離子電池作為目前最有希望在汽車領域大規模推廣的技術，正受到越來越多的關注。鋰離子電池主要由正極、負極、電解液和隔膜四部分組成，這四者的結構和性能決定了電池的綜合性能。而粘結劑是組成正極與負極不可或缺的部分，電極片的導電率，分散性能，機械加工性能乃至鋰離子電池的電化學性能，都與粘結劑息息相關。
[0004]目前常用的粘結劑體系為聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(匪P)中的溶液。PVDF具有很好的粘結性能，但其電子和離子導電性差;有機溶劑NMP具有良好的分散性，但易揮發、易燃易爆、且毒性大。采用PVDF作粘結劑的極片涂布工藝要求密封，生產成本高。另一方面由于PVDF中含有氟，容易與嵌鋰石墨等發生反應，導致鋰離子電池性能下降。PVDF作為鋰電池粘結劑的相關文獻可以參考申請號為201410842426.1的中國發明專利申請公開《一種鋰電池粘結劑專用聚偏氟乙烯的制備方法》(公開號為CN104530276A);201410515819.1的中國發明專利申請公開《一種導電聚合物交聯的鋰電池用粘結劑及其制備方法》(公布號為CN104282912A);申請號為201410519423.4的中國發明專利申請公開《一種碳材料填充的鋰電池用粘結劑及其制備方法》(公開號為CN104269558A)等。
[0005]目前還有一種水系粘結劑應用于鋰電池中，水系粘結劑無溶劑釋放，具有綠色環保、成本低、不燃燒、安全性高等特點，已經成為當前鋰離子電池粘結劑行業的迫切發展方向。關于水系粘結劑的文獻可以參考201310364057.5的中國發明專利申請公開《鋰電池用粘結劑及其制備方法》(公開號為CN103427083A);申請號為201510385850.2的中國發明專利申請公開《復合粘結劑及其制備方法、鋰電池》(公開號為CN105047935A)，還可以參考中國專利文獻 CN104409696A、CN104393303A 等。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而另外提供一種綠色環保的改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑。
[0007]本發明所要解決的又一個技術問題是提供一種兼顧導電性和粘結強度的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑。
[0008]本發明所要解決的又一個技術問題是提供一種兼顧導電性和粘結強度的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑的制備方法。
[0009]本發明所要解決的又一個技術問題是提供一種兼顧導電性和粘結強度的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑在制備正極材料中的應用。
[0010]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑，其特征在于該粘結劑采用海洋多糖高分子，并用丙烯酸及其酯類的單體作為改性單體，通過化學接枝改性或物理共混改性獲得，前述的海洋多糖高分子與丙烯酸及其酯類的單體的重量比為0.05?99.5:0.5?100，丙烯酸及其酯類的單體采用如下通式單體中的至少一種:
[0011]CH2 = CHRiR2,
[0012]其中，R1S-KHlCH2CH3中的至少一種；
[0013]R2為-CONH2、-CONHCH3、-COONa、-COOL1、-CN、-O⑶CH3、-COOCH3、-COOCH2CH3、-COOCH2CH2CH2CH3、-COOCH2CH (CH2CH3) CH2CH2CH2CH3、-F、-CON (CH3) 2 中的至少一種。
[0014]作為優選，所述的海洋多糖高分子為殼聚糖、海藻酸鈉、褐藻糖膠、瓊膠、卡拉膠、螺旋藻多糖中的至少一種。
[0015]一種改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
[0016]先將去離子水和海洋多糖高分子置于反應釜中，充分攪拌并溶解，然后加入丙烯酸及其酯類的單體，攪拌至混合均勻后，通入純氮氣用以排除體系中殘存的氧氣；
[0017]加熱至預定溫度并恒溫保溫，預定溫度范圍為20°C?90°C，之后加入引發劑，引發劑添加量為占總物料重量的0.01 %?I % ;聚合反應時間為0.5小時至48小時，反應結束后的混合膠乳即為改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑，并且，混合膠乳固含量為為10%?50%。
[0018]作為優選，所述的引發劑為過硫酸銨水溶液、過硫酸鉀水溶液、過硫酸銨與亞硫酸氫鈉雙組份水溶液、過硫酸銨與亞硫酸鈉雙組份水溶液、過硫酸鉀與亞硫酸氫鈉雙組份水溶液、過硫酸鉀與亞硫酸氫鈉雙組份水溶液中的一種。進一步，所述的過硫酸銨水溶液中過硫酸銨重量百分比濃度為I %，或者所述的過硫酸銨與亞硫酸鈉雙組份水溶液中過硫酸銨重量百分比濃度為0.5%，亞硫酸鈉百分比濃度為0.5%。
[0019]一種改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑在鋰離子電池正極材料中的應用，包括如下步驟:
[0020]取改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑、導電炭黑及正極材料，碾磨攪拌均勻后加水調整固含量至60%至80%，得到漿料，然后將漿料經過篩網過濾后涂覆于鋁箔上，于真空烘箱中烘烤6?24小時，烘烤溫度為80°C?120°C，烘干后即制得正極材料;上述原料重量配比如下:
[0021 ]取改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑I?5
[0022]導電炭黑I?10
[0023]正極材料90?95。
[0024]—種改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑在鋰離子電池負極材料中的應用，包括如下步驟:
[0025]取改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑、導電炭黑及負極材料，碾磨攪拌均勻后加水調整固含量至40%至70%，得到漿料，然后將漿料經過篩網過濾后涂覆于銅箔上，于真空烘箱中烘烤6?24小時，烘烤溫度為80°C?120°C，烘干后即制得負極材料;上述原料重量配比如下:
[0026]取改性的海洋多糖高分子鋰離子電池粘結劑I?5
[0027]導電炭黑I?10
[0028]負極材料90?98。
[0029]與現有技術相比，本發明的優點在于:海洋多糖高分子具有良好的導電性和倍率性及循環次數高等優勢，丙烯酸及其酯類的單體具有粘結強度高，耐候性好等優點。在海洋多糖高分子的側鏈上引入丙烯酸及其酯類的單體高分子鏈段，并