负极片用粘结剂及其制备方法、负极片、电池单体、电池和用电装置与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种负极片用粘结剂及其制备方法、负极片、电池单体、电池和用电装置。

背景技术：

1、随着技术的不断发展，锂电池的充电效率越来越受到人们的重视，负极的快充设计也越来越受到电池厂家的重视。在快速充电条件下，由于锂离子的迅速嵌入和脱出，活性物质体积变化加剧，粘结剂需要有足够的粘结强度来维持电极结构的完整性，此时需要提高粘结剂的用量。但粘结剂主要是有机物材料，有机物材料自身不导电也不导离子，粘结剂用量增大时，虽然能提高粘接强度，但会增加电极的阻抗，影响电池的充电速度和电化学性能。

2、因而，如何提供一种改进的粘结剂，将其用于负极片的活性物质层中时，能够提高负极活性物质层与集流体的粘结性能，且还能减少粘结剂的使用量，减小对电池快充性能的影响，进而改善电池性能成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种负极片用粘结剂及其制备方法、负极片、电池单体、电池和用电装置，能够提高负极活性层与集流体的粘结性能，且还能减少粘结剂的使用量，减小对电池快充性能的影响。

2、为了达到上述目的，本技术提供一种负极片用粘结剂及其制备方法，还提供包含上述负极片用粘结剂的负极片、电池单体、电池和用电装置。

3、本技术的第一方面提供了一种负极片用粘结剂，所述负极片用粘结剂包括丙烯酸酯类聚合物，所述丙烯酸酯类聚合物包含烯基磺酸类单元和丙烯腈类单元中的至少一种以及丙烯酸酯类单元；

4、其中，所述丙烯酸酯类单元含有硫醚基和巯基中的至少一种。

5、由此，本技术通过在负极片用粘结剂中引入巯基、硫醚基等较为活泼的基团，其含有的孤对电子和负极集流体形成π键极大的增加了对负极集流体的粘结力，可减少粘结剂的使用量，还能增加锂离子在负极的传输速度，减少负极析锂的风险，提升快充条件下的电池的安全性。

6、在任意实施方式中，在所述丙烯酸酯类聚合物中，相对于100质量份的所述丙烯酸酯类单元，所述烯基磺酸类单元和所述丙烯腈类单元的总含量为40-80质量份。

7、在任意实施方式中，所述丙烯酸酯类单元中至少含有硫醚基。

8、在任意实施方式中，以所述丙烯酸酯类单元的总质量为基准，所述含有硫醚基的所述丙烯酸酯类单元的质量占比为30％-100％，所述含有巯基的所述丙烯酸酯类单元的质量比为0-70％。

9、在任意实施方式中，相对于100质量份的所述丙烯酸酯类单元，所述烯基磺酸类单元的含量为0-80质量份，所述丙烯腈类单元的含量为0-80质量份。

10、在任意实施方式中，相对于100质量份的所述丙烯酸酯类单元，所述烯基磺酸类单元的含量为5-40质量份，所述丙烯腈类单元的含量为20-75质量份；

11、在任意实施方式中，所述烯基磺酸类单元与所述丙烯腈类单元的质量比1：(1.2-3)。

12、在任意实施方式中，所述丙烯酸酯类聚合物还包括丙烯酸单元、甲基丙烯酸单元及丙烯酸羟酯单元中的至少一种。

13、在任意实施方式中，所述丙烯酸酯类聚合物包括丙烯酸单元，相对于100质量份的所述丙烯酸酯类单元，所述丙烯酸单元的含量为2-10份。

14、在任意实施方式中，所述丙烯酸酯类聚合物包括甲基丙烯酸单元，相对于100质量份的所述丙烯酸酯类单元，所述甲基丙烯酸单元的含量为2-10份。

15、在任意实施方式中，所述丙烯酸酯类聚合物包括丙烯酸羟酯单元，所述丙烯酸羟酯单元选自丙烯酸羟乙酯单元和/或丙烯酸羟丙酯单元，相对于100质量份的所述丙烯酸酯类单元，所述丙烯酸羟酯单元的含量为5-15份。

16、在任意实施方式中，所述丙烯酸酯类聚合物由混合单体经聚合反应而得到，所述混合单体包括巯基甲基甲基丙烯酸酯、2-(甲硫基)乙基甲基丙烯酸酯、2-苯硫基乙醇丙烯酸酯、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、甲基丙烯腈、丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酸羟酯中的两种以上，优选为四种以上。

17、在任意实施方式中，所述混合单体包括巯基甲基甲基丙烯酸酯、2-(甲硫基)乙基甲基丙烯酸酯或2-苯硫基乙醇丙烯酸酯中的一种或多种；所述混合单体还包括乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸中的一种或两种；所述混合单体还包括甲基丙烯腈或丙烯腈中的一种或两种；所述混合单体还包括丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酸羟酯中的一种或多种。

18、在任意实施方式中，所述混合单体包括巯基甲基甲基丙烯酸酯、2-(甲硫基)乙基甲基丙烯酸酯、乙烯基磺酸和甲基丙烯腈，所述混合单体还包括丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酸羟酯中的一种或多种。

19、在任意实施方式中，所述混合单体包括巯基甲基甲基丙烯酸酯、2-苯硫基乙醇丙烯酸酯、苯乙烯磺酸和丙烯腈，所述混合单体还包括丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酸羟酯中的一种或多种。

20、本技术的第二方面提供了一种负极片用粘结剂的制备方法，所述方法包括：

21、s10、将混合单体与含有乳化剂的乳液进行第一接触得到预乳液；

22、s20、将所述预乳液、去离子水与引发剂进行第二接触，发生聚合反应得到含有丙烯酸酯类聚合物的第一物料；

23、s30、对所述第一物料进行后处理，得到所述负极片用粘结剂；

24、所述混合单体包括烯基磺酸类单体和丙烯腈类单体中的至少一种以及丙烯酸酯类单体，所述丙烯酸酯类单体含有硫醚基和巯基中的至少一种。

25、在任意实施方式中，在所述混合单体中，相对于100质量份的所述丙烯酸酯类单体，所述烯基磺酸类单体和所述丙烯腈类单体的总含量为40-80质量份。

26、在任意实施方式中，所述丙烯酸酯类单体包括巯基甲基甲基丙烯酸酯、2-(甲硫基)乙基甲基丙烯酸酯或2-苯硫基乙醇丙烯酸酯中的至少一种。

27、在任意实施方式中，所述烯基磺酸类单体包括乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸中的至少一种。

28、在任意实施方式中，所述丙烯腈类单体包括甲基丙烯腈或丙烯腈中的至少一种。

29、在任意实施方式中，所述混合单体还包括丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酸羟酯中的至少一种。

30、在任意实施方式中，所述混合单体包括巯基甲基甲基丙烯酸酯、2-(甲硫基)乙基甲基丙烯酸酯、乙烯基磺酸和甲基丙烯腈，所述混合单体还包括丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酸羟酯中的一种或多种。

31、在任意实施方式中，所述混合单体包括巯基甲基甲基丙烯酸酯、2-苯硫基乙醇丙烯酸酯、苯乙烯磺酸和丙烯腈，所述混合单体还包括丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酸羟酯中的一种或多种。

32、在任意实施方式中，所述乳液与所述混合单体的质量比为100：(10-50)，所述乳液中乳化剂的质量含量为0.9％-2.5％。

33、在任意实施方式中，所述第二接触的条件包括：反应温度为84℃-88℃，反应时间为2h-7h。

34、在任意实施方式中，所述后处理包括将所述第一物料进行残留单体处理和调节ph处理。

35、在任意实施方式中，所述残留单体处理包括将所述第一物料与氧化剂和还原剂进行第三接触。

36、在任意实施方式中，所述调节ph处理使得ph为6-8。

37、在任意实施方式中，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、偶氮二异丁基脒及过氧化乙烯丙酮中的至少一种。

38、在任意实施方式中，所述乳化剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚以及烯丙氧基羟基磺酸钠中的至少一种。

39、在任意实施方式中，所述氧化剂包括叔丁基过氧化氢和/或过硫酸铵。

40、在任意实施方式中，所述还原剂包括亚硫酸氢钠、次亚磷酸钠及有机亚磺酸钠中的至少一种。

41、在任意实施方式中，所述负极片用粘结剂的固含量为35％-40％。

42、在任意实施方式中，所述负极片用粘结剂的粘度为200-500mpa.s。

43、在任意实施方式中，所述负极片用粘结剂的ph值为6-8。

44、在任意实施方式中，所述负极片用粘结剂的数均分子量为20万-50万。

45、在任意实施方式中，所述负极片用粘结剂的平均粒径为100nm-500nm。

46、本技术的第三方面提供了一种负极片，所述负极片包括负极集流体及设置于所述负极集流体上的负极活性层，所述负极活性层中含有负极片用粘结剂，所述负极片用粘结剂包括前述的负极片用粘结剂或前述的制备方法得到的负极片用粘结剂。

47、在任意实施方式中，所述负极活性层包括第一负极活性层及第二负极活性层，所述第一负极活性层设置于所述负极集流体上，所述第二负极活性层设置于所述第一负极活性层上远离所述负极集流体的一侧；所述第一负极活性层中含有第一粘结剂，所述第二负极活性层中含有第二粘结剂，所述第一负极活性层中所述第一粘结剂的含量大于所述第二负极活性层中所述第二粘结剂的含量；

48、所述第一粘结剂及所述第二粘结剂各自独立地包括前述的负极片用粘结剂或前述的制备方法得到的负极片用粘结剂。

49、在任意实施方式中，所述第一负极活性层中所述第一粘结剂的含量与所述第二负极活性层中所述第二粘结剂的含量的比值为1：(0.7-0.9)。

50、在任意实施方式中，所述第一负极活性层和所述第二负极活性层分别包括负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨，所述负极活性材料的粒径dv50的范围为5μm-8μm。

51、在任意实施方式中，所述第一负极活性层和所述第二负极活性层分别包括导电剂，所述导电剂的平均粒径为30nm-80nm。

52、在任意实施方式中，所述第一负极活性层和所述第二负极活性层分别包括分散剂，所述分散剂包括羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的至少一种。

53、在任意实施方式中，所述第一粘结剂和所述第二粘结剂的平均粒径分别为100nm-500nm。

54、本技术的第四方面提供了一种电池单体，所述电池单体包括前述的负极片。

55、本技术的第五方面提供了一种电池，所述电池包括前述的电池单体。

56、本技术的第六方面提供了一种用电装置，所述用电装置包括前述的电池。

57、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

58、在本技术中，所提供的负极片用粘结剂中引入了巯基、硫醚基等较为活泼的基团，其含有的孤对电子可以和负极集流体形成π键，由于π键的形成可以具有增强的粘结力，也即可以增强对负极集流体的粘结力，相比于现有的粘结剂，可以在使用较少用量的情况下达到更佳的电性能效果。同时，负极片用粘结剂中引入了巯基、硫醚基、含有氧元素的基团(如丙烯酸酯类单元)等，由于具有孤对电子，在电场的作用下会不断与锂离子发生络合解络反应，从而有利于锂离子在负极的扩散，增加了锂离子在负极的传输速度，减少负极析锂的风险，进而能提升快充条件下的电池的安全性。

59、由此，对于使用所述负极片用粘结剂制备的电池来讲，可降低电池的内阻，降低负极的析锂风险，提高电池的循环性能和倍率性能。

60、本技术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。