本發明涉及電池技術領域，具體的，涉及動力汽車用鋰電池，更具體的，涉及水性膠粘劑及其制備方法和電池。
背景技術：
隨著我國新能源汽車的飛速發展，對鋰電池需求越來越大，技術要求也更嚴，電池電極的制備為最關鍵因素，電極材料的組成和制備工藝不僅關系到電池的電能儲存容量，還涉及電池的循環次數和使用壽命。動力鋰電池負極原先所用的膠采用有機溶劑溶解的聚偏氟乙烯。該種膠與負極的粘結性較差，在基片的裁剪、化成和沖放電過程中活性材料易脫落、掉粉，膠液穩定性差，影響電極的均勻性和尺寸穩定性，不利于鋰電池儲電和循環利用。溶劑通常為二甲基乙酰胺，甲基吡咯烷酮，有一定毒性易燃性，對電池工人勞動操作存在危險。而且增稠劑通常為羧甲基纖維素鈉，只能在堿性溶液中使用，且穩定pH范圍窄。
因而，目前仍需要開發水溶性的、乳液穩定性好、固化強度高的電極膠粘劑。
技術實現要素：
本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。
本發明是基于發明人的以下發現而完成的：
針對相關技術中膠粘劑與電極的粘結性較差，在基片的裁剪、化成和沖放電過程中活性材料易脫落、掉粉，乳液穩定性差，影響電極的均勻性和尺寸穩定性，溶劑有一定毒性易燃性，對電池工人勞動條件有影響，以及通常只能在堿性溶液中使用，且穩定pH范圍窄的問題，發明人進行了深入研究，發現使用非離子增稠劑可以使膠液更穩定，而采用帶有羧基的聚丙烯乳液作為膠粘劑主體獲得固化后粘結性好、防水性好且具有堅固的電極尺寸。有鑒于此，本發明提供了一種環境友好、無毒、安全性好、膠液穩定性好、固化后粘結性好、防水性好或者具有堅固的電極尺寸的膠粘劑。
在本發明的一個方面，本發明提供了一種水性膠粘劑。根據本發明的實施例，該水性膠粘劑包括：帶有羧基的聚丙烯乳液；非離子增稠劑；導電劑；降阻劑；以及水。發明人驚喜地發現，不含有毒的揮發性有機溶劑，采用水作為介質，物理環境友好，對工人安全，采用非離子增稠劑形成的膠液穩定性好，在電解液中浸泡24小時膠膜的溶脹率不大于1％，甚至溶脹率可不大于0.7％，且采用帶有羧基的聚丙烯乳液使得膠粘劑具有反應活性，固化后電極尺寸穩定性好。將該膠粘劑用于電池正、負極時，制備的鋰動力電池具有優異的儲電性能和循環性能。
根據本發明的實施例，帶有羧基的聚丙烯乳液包括聚丙烯酸乳液。
根據本發明的實施例，所述非離子增稠劑包括羥甲基丙基纖維素。
根據本發明的實施例，所述導電劑包括炭黑。
根據本發明的實施例，所述降阻劑包括聚氧化乙烯。
根據本發明的實施例，該水性膠粘劑包括：帶有羧基的聚丙烯乳液45-65重量份；非離子增稠劑0.1-0.5重量份；導電劑3-5重量份；降阻劑0.1-0.5重量份；以及水30-57重量份。
在本發明的另一方面，本發明提供了一種制備前面所述的水性膠粘劑的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：將非離子增稠劑和降阻劑溶于水中，并向所得到的混合物中加入帶有羧基的聚丙烯乳液和導電劑。發明人發現，利用該方法，能夠快速有效地制備獲得前面所述的水性膠粘劑，且操作簡單、方便快速，成本低廉，無苛刻反應條件，對設備等無特殊要求，易于實現。另外，前面所述的水性膠粘劑的所有特征和優點均適用于該方法，在此不再一一贅述。
在本發明的另一方面，本發明提供了一種電池。根據本發明的實施例，該電池包括前面所述的水性膠粘劑。本領域技術人員可以理解，前面所述的水性膠粘劑的所有特征和優點均適用于該方法，在此不再一一贅述。
根據本發明的實施例，該電池可以為鋰電池。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品。
在本發明的一個方面，本發明提供了一種水性膠粘劑。根據本發明的實施例，該水性膠粘劑包括：帶有羧基的聚丙烯乳液；非離子增稠劑；導電劑；降阻劑；以及水。發明人驚喜地發現，不含有毒的揮發性有機溶劑，采用水作為介質，物理環境友好，對工人安全，采用非離子增稠劑形成的膠液穩定性好，在電解液中浸泡24小時膠膜的溶脹率不大于1％，甚至溶脹率可不大于0.7％，且采用帶有羧基的聚丙烯乳液使得膠粘劑具有反應活性，固化后電極尺寸穩定性好。采用本發明的上述膠粘劑組成，能顯著提高膠粘劑的水溶性、導電性、穩定性和固化強度。將該膠粘劑用于電池正、負極時，制備的鋰動力電池具有優異的儲電性能、循環性能和使用壽命。
根據本發明的實施例，可以采用的帶有羧基的聚丙烯乳液的具體種類不受特別限制，本領域技術人員可以根據需要靈活選擇，只要能夠實現較好的粘結作用，且帶有反應活性具體羧基即可。在本發明的一些實施例中，采用的帶有羧基的聚丙烯乳液包括聚丙烯酸乳液。由此，既能保證具有良好的粘結作用，且具有反應活性的羧基可以提高固化強度，固化后電極尺寸穩定性好，有利于提高采用該膠粘劑的電池的儲能容量、循環次數和使用壽命。
根據本發明的實施例，可以采用的非離子增稠劑包括羥甲基丙基纖維素。采用羥甲基丙基纖維素作為增稠劑，膠粘劑適用的pH范圍較廣，且采用該增稠劑固體顆粒形成的膠液pH穩定性極佳。
根據本發明的實施例，可以采用的導電劑的具體種類步驟特別限制，本領域技術人員可以根據需要靈活選擇。在本發明的一些實施例中，可以采用的導電劑包括炭黑。由此，可以有效提高膠粘劑的導電性，減少內阻，是采用該膠粘劑的電池輸出外電路電勢高。
根據本發明的實施例，可以采用的降阻劑包括聚氧化乙烯。由此，可以有效減小液體分子間摩擦力，提高離子導電遷移率，使得離子遷移阻力更小，鋰離子電導率更高。
根據本發明的實施例，該水性膠粘劑可以包括：帶有羧基的聚丙烯乳液45-65重量份；非離子增稠劑0.1-0.5重量份；導電劑3-5重量份；降阻劑0.1-0.5重量份；以及水30-57重量份。發明人發現，在上述配比范圍內的膠粘劑具有理想的粘結性，且pH穩定性好，固化強度高，固化后電極尺寸穩定性好，在電解液中浸泡24小時膠膜的溶脹率不大于1％，以水作為介質，不含有毒的揮發性有機溶劑，物理環境友好對工人安全，采用該膠粘劑制備的鋰離子動力電池具有優異的儲電性能、循環性能和使用壽命。
在本發明的另一方面，本發明提供了一種制備前面所述的水性膠粘劑的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：將非離子增稠劑和降阻劑溶于水中，并向所得到的混合物中加入帶有羧基的聚丙烯乳液和導電劑。發明人發現，利用該方法，能夠快速有效地制備獲得前面所述的水性膠粘劑，且操作簡單、方便快速，成本低廉，無苛刻反應條件，對設備等無特殊要求，易于實現。另外，前面所述的水性膠粘劑的所有特征和優點均適用于該方法，在此不再一一贅述。
在本發明的另一方面，本發明提供了一種電池。根據本發明的實施例，該電池包括前面所述的水性膠粘劑。本領域技術人員可以理解，前面所述的水性膠粘劑的所有特征和優點均適用于該方法，在此不再一一贅述。
根據本發明的實施例，該電池的具體種類不受特別限制，本領域技術人員可以根據需要選擇。在本發明的一些實施例中，該電池可以為鋰電池，例如鋰離子動力電池等。
下面詳細描述本發明的實施例，下面實施例中配方中原料用量均為重量份。
實施例1
配方：聚丙烯酸乳液55份,增稠劑羥甲基丙基纖維素0.23份，導電劑炭黑4.7份，降阻劑聚氧化乙烯0.23份，水44.84份。
制備方法：先用水溶解聚氧化乙烯和羥甲基丙基纖維素，完全溶解后加入聚丙烯酸乳液、導電劑炭黑，攪勻制得膠粘劑。
利用上述膠粘劑、磷酸鐵鋰為陽極材料，納米石墨為陰極材料制得的鋰電池，其電極尺寸穩定性，在電解液中浸泡24小時，膠膜溶脹率0.72％。制備的5Ah的樣品電池容量5560mAh,300次沖放電后，電容量保持91.4％。
實施例2
配方：聚丙烯酸乳液45份,增稠劑羥甲基丙基纖維素0.50份，導電劑炭黑3.0份，降阻劑聚氧化乙烯0.10份，水56.40份。
制備方法：同實施例1。
利用上述膠粘劑、磷酸鐵鋰為陽極材料，納米石墨為陰極材料制得的鋰電池，其電極尺寸穩定性，在電解液中浸泡24小時，膠膜溶脹率0.96％。制備的5Ah的樣品電池容量5345mAh,300次沖放電后，電容量保持86.3％。
實施例3
配方：聚丙烯酸乳液65份,增稠劑羥甲基丙基纖維素0.10份，導電劑炭黑5.0份，降阻劑聚氧化乙烯0.50份，水34.40份。
制備方法：同實施例1。
利用上述膠粘劑、磷酸鐵鋰為陽極材料，納米石墨為陰極材料制得的鋰電池，其電極尺寸穩定性，在電解液中浸泡24小時，膠膜溶脹率0.70％。制備的5Ah的樣品電池容量54760mAh,300次沖放電后，電容量保持90.4％。
實施例4
配方：聚丙烯酸乳液55份,增稠劑羥甲基丙基纖維素0.30份，導電劑炭黑3.50份，降阻劑聚氧化乙烯0.30份，水45.90份。
制備方法：同實施例1。
利用上述膠粘劑、磷酸鐵鋰為陽極材料，納米石墨為陰極材料制得的鋰電池，其電極尺寸穩定性，在電解液中浸泡24小時，膠膜溶脹率0.74％。制備的5Ah的樣品電池容量5552mAh,300次沖放電后，電容量保持90.8％。
實施例5
配方：聚丙烯酸乳液55份,增稠劑羥甲基丙基纖維素0.40份，導電劑炭黑4.50份，降阻劑聚氧化乙烯0.20份，水44.90份。
制備方法：同實施例1。
利用上述膠粘劑、磷酸鐵鋰為陽極材料，納米石墨為陰極材料制得的鋰電池，其電極尺寸穩定性，在電解液中浸泡24小時，膠膜溶脹率0.75％。制備的5Ah的樣品電池容量5560mAh,300次沖放電后，電容量保持91.3％。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。