【技术实现步骤摘要】
本申请涉及新能源，特别涉及一种聚丙烯酸类粘结剂及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长和便于设计等优点而广泛应用于电子产品、电动汽车以及储能设备等领域。随着各类产品应用场景和功能需求日益丰富，市场对于锂离子电池的能量密度、可靠性以及成本等也提出了更高要求。
2、粘结剂是锂离子电池中的一种重要的材料，其主要作用是将电极活性物质和导电剂等物质粘附在集流体上。虽然粘结剂用量不是很多，但其性能的优劣对于锂电池性能均有重要影响。
3、目前，丁苯橡胶溶液（sbr）作为粘结剂应用比较广泛，其在使用过程中需加入羧甲基纤维素（cmc）作为增稠分散剂。但其材料组成决定sbr/cmc所含有的羧基、酯基和氰基等极性官能团含量有限，与负极材料特别是硅碳负极间作用力较弱，因而电池综合性能特别是低温性能已日渐难以满足应用要求。
4、聚丙烯酸（paa）类粘结剂因聚合物含有高含量的极性官能团，在充放电过程中，极性官能团与锂离子间存在络合与解络合作用，可促进锂离子传导降低电池内阻。但聚丙烯酸本身具有超高分子量，其在水相中的粘度很大，固含很难做高，导致聚丙烯酸类溶液型粘结剂的运输和包装成本提升。相比于溶液型粘结剂，粉体粘结剂的运输和包装成本较低，但目前的粉体粘结剂在制备电极浆料的过程中，还不能较好地适应干法匀浆工艺，影响电池的性能。
技术实现思路
1、基于此，本申请第一方面提供一种聚丙烯酸类粉体粘结剂的制备方法，其技术方案如下：
2
3、混合聚合单体和引发剂，发生聚合反应，制备聚丙烯酸类共聚物；
4、在醇溶剂存在的条件下，于不超过60℃的温度，对所述聚丙烯酸类共聚物进行中和处理，得到聚丙烯酸类粉体粘结剂。
5、本申请经过试验验证发现，在聚丙烯酸类粉体粘结剂的制备过程中，中和处理的操作对后续粉体粘结剂能够适应干法电极匀浆有重要影响。本申请在醇溶剂存在的条件下，在不超过60℃的温度下进行中和处理，反应更温和，避免高温下进行中和处理导致粉体粘结剂难以重新溶解在水性浆料中，出现匀浆困难，进而无法制备电极的问题。而且，醇溶剂还能作为聚丙烯酸类共聚物的溶解抑制剂，改善聚丙烯酸类共聚物在低温中和过程中水化问题，以顺利得到粉体粘结剂，避免强行干燥得到的粉体粘结剂干扰后续干法匀浆稳定性，进而具有显著提升的粘结力和抑制膨胀的能力，能够有效抑制活性物质在充放电循环中的体积膨胀，从而提升电极极片和锂离子电池的循环性能。同时，醇溶剂如果能够残留在聚丙烯酸类粉体粘结剂中，还有利于增加粘结剂的柔韧性，改善粘结剂硬脆的特点，改善模切掉料，提升电极极片的加工良品率。
6、可选地，所述醇溶剂的碳原子数不小于3。
7、可选地，所述醇溶剂的碳原子数在3~6之间。例如，醇溶剂的碳原子数为3、4、5、6。
8、可选地，所述醇溶剂选自1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇、1,2-戊二醇、季戊四醇、异丙醇、丙三醇、1-丁醇、1-戊醇、2-丁醇和1-己醇中的一种或多种。
9、可选地，所述醇溶剂的质量不小于所述聚合单体总质量。醇溶剂的加入量如果少于聚合单体总质量，对聚丙烯酸类共聚物的溶解抑制效果相对较差，会导致聚丙烯酸类共聚物在中和处理中水化，形成粘稠浆糊，增加烘干得到粉体粘结剂的难度，如果强行烘干，需延长烘干时间，则会产生少许不溶物，加剧匀浆的不稳定性，影响粘结力和抑制膨胀的能力，影响电池性能。可选地，所述醇溶剂的质量是所述聚合单体总质量的1~3倍。例如，醇溶剂的质量是所述聚合单体总质量的1倍、2倍、3倍。如果醇溶剂的加入量过多则会造成回收的能耗成本增加。
10、本申请中，中和处理的温度不超过60℃。例如，中和处理的温度为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃。中和处理的温度过高时，paa会发生自交联，干法匀浆时，粉体粘结剂难以重新溶解在水性浆料中，会出现凝胶或不溶物，影响电极的制备。
11、可选地，中和处理后，还包括以下步骤：将中和处理结束后的反应体系固液分离，对所得固体进行不完全干燥。为了配合后续干法匀浆工艺，对固体进行不完全干燥。
12、可选地，不完全干燥的温度不超过80℃。例如，不完全干燥的温度为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃。控制不完全干燥的温度，有利于得到更好适用于干法匀浆工艺的粉体粘结剂。
13、可选地，控制所述不完全干燥的条件，使所述聚丙烯酸类粉体粘结剂的固含量为90wt%~99wt%。例如，使所述聚丙烯酸类粉体粘结剂的固含量为90wt%、92wt%、95wt%、98wt%、99wt%。上述固含量有利于后续干法匀浆。
14、当醇溶剂的碳原子数较多时，例如，碳原子数为6，在后续不完全干燥过程中，醇溶剂不易挥发，残留在在聚丙烯酸类粉体粘结剂中的醇溶剂含量较多。可选地，残留的醇溶剂在聚丙烯酸类粉体粘结剂中的含量大于等于0.3wt%。可选地，残留的醇溶剂在聚丙烯酸类粉体粘结剂中的含量为0.3wt%~8wt%。例如，残留的醇溶剂在聚丙烯酸类粉体粘结剂中的含量为0.3wt%、0.5wt%、2wt%、5wt%、8wt%。残留的醇溶剂可作为增塑剂，有利于增加粘结剂的柔韧性，改善粘结剂硬脆的特点，改善模切掉料，提升电极极片的加工良品率。
15、当醇溶剂的碳原子数较少时，例如，碳原子数为3，在后续不完全干燥的过程中，醇溶剂易挥发，残留在聚丙烯酸类粉体粘结剂中的醇溶剂含量较少。为了改善粘结剂的柔韧性，可选地，不完全干燥后，还包括以下步骤：补加所述醇溶剂至所述聚丙烯酸粉体粘结剂中的醇溶剂含量大于等于0.3wt%；可选地，补加所述醇溶剂至所述聚丙烯酸粉体粘结剂中的醇溶剂含量为0.3wt%~8wt%。例如，补加所述醇溶剂至所述聚丙烯酸粉体粘结剂中的醇溶剂含量为0.3wt%、0.5wt%、2wt%、5wt%、8wt%。通过补加醇溶剂，有利于增加粘结剂的柔韧性，改善粘结剂硬脆的特点，改善模切掉料，提升电极极片的加工良品率。
16、可选地，补加所述醇溶剂的方法为以喷雾的形式，将醇溶剂喷至粉体上。
17、可选地，控制所述聚合反应和中和处理的条件，使所述聚丙烯酸类粉体粘结剂的重均分子量（mw）在60万~250万之间。例如，使所述聚丙烯酸类粉体粘结剂的重均分子量为60万、70万、90万、120万、150万、200万、240万、250万。
18、可选地，控制所述聚合反应和中和处理的条件，使所述聚丙烯酸类粉体粘结剂的分子量分布在1.5~6之间。例如，使所述聚丙烯酸类粉体粘结剂的分子量分布为1.5、1.8、2、3、5、6。
19、可选地，所述中和处理的体系ph值为6~9。例如，中和处理的体系ph值为6、7、8、9。
20、可选地，所述中和处理的中和剂包括碱性物质。可选地，所述碱性物质包括无机碱。可选地，所述无机碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚丙烯酸类粉体粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，所述醇溶剂的碳原子数不小于3；可选地，所述醇溶剂的碳原子数在3~6之间；可选地，所述醇溶剂选自1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇、1,2-戊二醇、季戊四醇、异丙醇、丙三醇、1-丁醇、1-戊醇、2-丁醇和1-己醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，所述醇溶剂的质量不小于所述聚合单体总质量；可选地，所述醇溶剂的质量是所述聚合单体总质量的1~3倍。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，中和处理后，还包括以下步骤：将中和处理结束后的反应体系固液分离，对所得固体进行不完全干燥。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，包括以下特征中的至少一项：
6.根据权利要求4所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，不完全干燥后，还包括以下步骤：补加所述醇溶剂至所述聚丙烯酸粉体粘结剂中的醇溶剂含量大于等于0.3wt%；可选地，补加
7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，包括以下特征中的至少一项：
8.根据权利要求1至6中任一项所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，包括以下特征中的至少一项：
9.根据权利要求8所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，包括以下特征中的至少一项：
10.根据权利要求1至6中任一项所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，不完全干燥后，还包括以下步骤：粉碎至所述聚丙烯酸类粉体粘结剂的粒径D50为20μm~300μm。
11.一种聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，其通过权利要求1至10中任一项所述的制备方法制备而成。
12.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片和负极极片，所述正极极片和所述负极极片中的至少一个极片的制备原料包括权利要求11所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂。
...【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯酸类粉体粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，所述醇溶剂的碳原子数不小于3；可选地，所述醇溶剂的碳原子数在3~6之间；可选地，所述醇溶剂选自1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇、1,2-戊二醇、季戊四醇、异丙醇、丙三醇、1-丁醇、1-戊醇、2-丁醇和1-己醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，所述醇溶剂的质量不小于所述聚合单体总质量；可选地，所述醇溶剂的质量是所述聚合单体总质量的1~3倍。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，中和处理后，还包括以下步骤：将中和处理结束后的反应体系固液分离，对所得固体进行不完全干燥。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，包括以下特征中的至少一项：
6.根据权利要求4所述的聚丙烯酸类粉体粘结剂，其特征在于，不完全干燥后，还包括以下步骤：补加所述醇溶剂至...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙永建，王晓，马烁，贾贵玉，贾元峰，纪学顺，
申请(专利权)人：万华化学集团电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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