本发明涉及电极粘结剂，具体为一种用于锂离子电池的水系粘结剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、近年来，锂离子电池与我们的生活息息相关，小至便携式电子设备，大至电动汽车等大型储能系统中展现出广阔的应用前景和市场价值，如今的锂离子电池朝着延长循环稳定性、高能量密度、高传输速率能力、低成本和安全的方向发展。在锂离子电池中，粘结剂是一种重要的非活性材料，它占比不高，但是起到了重要的作用，它在活性材料、导电剂和集流体之间起到粘结的作用，稳定sei膜，使它们之间具有整体的连接性，从而减小电极的离子传输阻力，同时使极片具有良好的机械性能和加工性能，满足工业生产需要。
2、目前，锂离子电池电极所用的粘结剂为聚偏二氟乙烯(pvdf)。使用pvdf存在这两个问题：①用于锂离子电池的pvdf以进口为主，国产的少；②使用pvdf需用n-甲基吡咯烷酮溶解，存在大量的溶剂蒸发，需消耗大量的成本，同时使用溶剂存在一定的风险。针对这些问题，需开发更为环保、价格低的锂离子电池电极粘结剂。
3、尽管羧甲基纤维素(cmc)和聚苯乙烯丁二烯共聚物(sbr)粘结剂在石墨负极中表现出良好的电化学性能，然而针对高硅基类的高能量密度电池中，sbr的溶胀度大，附着力低，不能满足高能量密度电池的负极中使用。
技术实现思路
1、对现有技术的不足，本发明提供了一种用于锂离子电池的水系粘结剂及其制备方法和应用，对电极活性物质和导电物质具有高分散性、高粘结性、高弹性，有效提升了电极的质量，所制得的电池的阻抗也较低。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于锂离子电池的水系粘结剂，至少由硅烷改性磷酸酯单体与丙烯基类单体共聚而成，具有三维交联网状结构，所述硅烷改性磷酸酯单体的结构式如下：
3、
4、其中，r1为h、中的任意一种。
5、优选的，所述丙烯基类单体包括基础丙烯基单体和高弹高韧单体；所述硅烷改性磷酸酯单体、基础丙烯基单体和高弹高韧单体的质量比为(0.5-20)：(50-90.5)：(5-40)。
6、优选的，所述基础丙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、n,n-二甲基丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙氧基三羟甲基丙烷丙烯酸酯、丙氧基三羟甲基丙烷丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、衣康酸中的任意一种或多种组合。
7、优选的，所述高弹高韧单体为甲基丙烯酸异辛酯、sw514(单官硬韧丙烯酸特殊单体)、4-叔丁基环己基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸异壬酯、sw920(软而不粘乙烯基长碳链单体)中的任意一种或多种组合。
8、优选的，还包括助剂，助剂由引发剂或引发剂及还原剂组成。
9、优选的，所述引发剂占硅烷改性磷酸酯单体及丙烯基类单体总质量的0.15-3％；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈中的任意一种。
10、优选的，所述还原剂占硅烷改性磷酸酯单体及丙烯基类单体总质量的0.5-0.6％；所述还原剂亚硫酸氢钠、硫酸钠、维生素c、ff6m中的任意一种。
11、优选的，水系粘结剂其分子量为150000-800000；更优选的，350000-650000。
12、本发明还提供了一种用于锂离子电池的水系粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
13、s1、称取去离子水、硅烷改性磷酸酯单体和丙烯基类单体于反应器中，充分搅拌均匀；
14、s2、在搅拌过程中通入氮气排除反应器中的氧气，并逐渐升温至40-85℃，加入助剂溶液，反应5-12h；
15、s3、待反应结束后，加入碱性溶液至ph为7.0-8.5，即得水系粘结剂。
16、优选的，步骤s3中，所述碱性溶液为naoh、na2co3、koh、li2co3、lioh溶液中的任意一种或多种组合。
17、本发明提供了一种用于锂离子电池的水系粘结剂及其制备方法和应用，与现有技术相比具备以下有益效果：
18、本发明中的水系粘结剂对电极活性物质和导电物质具有高分散性、高粘结性、高弹性，可以保证电极材料的结构稳定，同时可缓冲活性物质体积膨胀和收缩产生的应力，有效提升了电极的循环稳定性和倍率特性，所制得的电池的阻抗也较低；具体而言，聚合物链段中含有硅烷链段，对活性物质具有极好的分散效果，可减少匀浆工艺中分层等问题；聚合物链段中的含有磷酸酯类基团和硅烷基团对活性物质的附着力高，有助于改善活性物质在脱锂和嵌锂过程中的体积变化应力；聚合物链段中的交联结构，形成三维体状结构，有助于保持极片的完整性；聚合物链段中的柔性链段，赋予聚合物高回弹效果，可抵抗活性物质体积变化产生的应力，从而最终改善所制得的电池的质量。
1.一种用于锂离子电池的水系粘结剂，其特征在于，至少由硅烷改性磷酸酯单体与丙烯基类单体共聚而成，具有三维交联网状结构，所述硅烷改性磷酸酯单体的结构式如下：
2.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的水系粘结剂，其特征在于，所述丙烯基类单体包括基础丙烯基单体和高弹高韧单体；所述硅烷改性磷酸酯单体、基础丙烯基单体和高弹高韧单体的质量比为(0.5-20)：(50-90.5)：(5-40)。
3.根据权利要求2所述的一种用于锂离子电池的水系粘结剂，其特征在于，所述基础丙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、n,n-二甲基丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙氧基三羟甲基丙烷丙烯酸酯、丙氧基三羟甲基丙烷丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、衣康酸中的任意一种或多种组合。
4.根据权利要求2所述的一种用于锂离子电池的水系粘结剂，其特征在于，所述高弹高韧单体为甲基丙烯酸异辛酯、sw514、4-叔丁基环己基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、甲基丙烯酸冰片酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸异壬酯、sw920中的任意一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的水系粘结剂，其特征在于，还包括助剂，助剂由引发剂或引发剂及还原剂组成。
6.根据权利要求5所述的一种用于锂离子电池的水系粘结剂，其特征在于，所述引发剂占硅烷改性磷酸酯单体及丙烯基类单体总质量的0.15-3％；
7.根据权利要求5所述的一种用于锂离子电池的水系粘结剂，其特征在于，所述还原剂占硅烷改性磷酸酯单体及丙烯基类单体总质量的0.5-0.6％；
8.根据权利要求5所述的用于锂离子电池的水系粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的用于锂离子电池的水系粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述碱性溶液为naoh、na2co3、koh、li2co3、lioh溶液中的任意一种或多种组合。
10.一种如权利要求1-7中任一所述的水系粘结剂在锂离子电池电极中的应用。
