一种水性交联型聚丙烯酸粘结剂的制备方法与流程

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种水性交联型聚丙烯酸粘结剂的制备方法。
背景技术：
：近年来，随着锂电池行业的火热，越来越多的人在该领域进行研究探索。粘结剂作为锂电池中至关重要的作用，良好的粘结剂首先能够很好的将活物质、导电剂与集流体粘接在一起形成良好的导电体；其次，能够起到抑制正负极活性物质在使用过程的体积膨胀收缩的作用。然而，目前常见的粘结剂存在许多问题，如聚偏氟乙烯(pvdf)容易结晶(结晶度约为50％)，导致电极的电导率较低；如丁苯橡胶(sbr)、聚四氟乙烯(ptfe)和聚丙烯酸(paa)等，并不能很好的提高抑制正负极体积膨胀的作用。为此，人们开始寻求新的粘结剂或者改良这些已有的粘结剂来满足需求。为了降低聚偏氟乙烯的结晶度，人们在聚偏氟乙烯中加入多种乙烯类单体来降低聚偏氟乙烯长链的规整度。如专利cn105514488a公布了一种由4种结构不同的单体共聚合成一种结晶度较低的聚偏氟乙烯粘结剂，在锂电池正极中使用，能够很好提高其电导率。如专利cn104725545a公布了一种聚偏氟乙烯与丙烯酸酯类共聚合成的粘结剂，结晶度较低。然而，这些方法并不能很好的解决负极活性材料在充放电过程中膨胀收缩的问题。现有技术中，有的方法采用通过在粘结剂中添加一些金属氧化物，来增强对负极活性材料膨胀的抑制作用。如专利cn110085867a公开的一种氢氧化锂与聚丙烯酸物理共混负极粘结剂，在一定程度上抑制了活性材料的膨胀。但是，在使用过程中，氢氧化锂容易脱落，从而使锂电池的循环寿命下降。技术实现要素：本发明针对现有的硅碳粘结剂不能很好的抑制硅碳负极在充放电过程中体积效应，提供了一种包含无机物的交联型聚丙烯酸粘结剂，将无机物通过化学键链接到聚丙烯酸上，并且无机物起到连接点，连接起聚丙烯酸不同链段形成三维交联结构。这种结构可以很好的抑制正负极的体积效应，提高锂电池的循环寿命。本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂，以一定粒径的无机物为基点，通过硅烷偶联剂连接聚丙烯酸和无机物，形成一个具有三维结构的交联型聚丙烯酸粘结剂。按上述方案，所述的无机物为石英粉、滑石粉、二氧化硅等中一种，粒径为50-200nm。按上述方案，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh792)、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷等中任意一种。按上述方案，所述的聚丙烯酸的数均分子量为300000-500000。上述包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂的制备方法，包括以下步骤：(1)水解硅烷偶联剂：将硅烷偶联剂加入到去离子水中，加入醋酸调节ph至4-5，在室温下水解0.5-2h；其中，硅烷偶联剂的固含量在0.5-1％；(2)无机物表面处理：将无机物加入到步骤(1)所制备的溶液中，控制无机物的固含量在1.5-2％，搅拌6-8h；(3)交联型聚丙烯酸粘结的制备：将聚丙烯酸加入到步骤(2)获得的水分散液中，在60-80℃下搅拌2-4h，得到包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂；其中，聚丙烯酸在步骤(2)获得的水分散液中的固含量为7-8％。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将无机物通过化学键链接到聚丙烯酸上，在使用过程中不易脱落，从而提高电池的循环使用寿命。且以无机物为连接点，连接起聚丙烯酸不同链段形成三维交联结构，可以很好的抑制正负极活性物质的在使用过程中的体积效应。附图说明图1为实施例1制备的电池a与对比样电池的循环测试图。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。下述实施例中，滑石粉的粒径为50-200nm；聚丙烯酸的分子量为300000左右。(1)水解硅烷偶联剂：将硅烷偶联剂加入到去离子水中，加入醋酸调节ph至4-5，在室温下水解0.5-2h；其中，硅烷偶联剂的固含量在0.5-1％；(2)无机物表面处理：将无机物加入到步骤(1)所制备的溶液中，控制无机物的固含量在1.5-2％，搅拌6-8h；(3)交联型聚丙烯酸粘结的制备：将聚丙烯酸加入到步骤(2)获得的水分散液中，在60-80℃下搅拌2-4h，得到包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂；其中，聚丙烯酸在步骤(2)获得的水分散液中的固含量为7-8％。实施例1一种包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂的制备方法，具体步骤如下：1、将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)加入到去离子水中，加入醋酸调节ph至4，在室温下水解1h，其中硅烷偶联剂的固含量在0.5％；2、将滑石粉加入到步骤1所制备的溶液中，控制滑石粉的固含量在1.5％，搅拌6h后，获得前驱体分散液；3、将聚丙烯酸加入到步骤2获得的前驱体分散液中(聚丙烯酸在前驱体分散液中的固含量是8％)，在70℃下搅拌2h，获得总固含量为10％的水性交联型聚丙烯酸粘结剂。以物理混合的硅碳复合材料为负极，其中纳米硅与碳的质量比为1:9，锂片为正极，电解液型号为lbc301。以铜箔为集流体，使用实施例1所制备的粘结剂与碳硅复合材料、superp导电剂按质量比1:8：1制备负极，且装配成cr2016型扣式电池，记为电池a。以物理混合的硅碳复合材料为负极，其中纳米硅与碳的质量比为1:9，锂片为正极，聚丙烯酸为粘结剂装配成cr2016型扣式电池，作为对比样。实施例2一种包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂的制备方法，具体步骤如下：1、将n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh792)加入到去离子水中，加入醋酸调节ph至5，在室温下水解1h，其中硅烷偶联剂的固含量在0.5％；2、将滑石粉加入到步骤1所制备的溶液中，控制滑石粉的固含量在1.5％，搅拌6h后，获得前驱体分散液；3、将聚丙烯酸加入到步骤2获得的前驱体分散液中(聚丙烯酸在前驱体分散液中的固含量是8％)，在80℃下搅拌2h，获得总固含量为10％的水性交联型聚丙烯酸粘结剂。以物理混合的硅碳复合材料为负极，其中纳米硅与碳的质量比为1:9，锂片为正极，电解液型号为lbc301。以铜箔为集流体，使用实施例1所制备的粘结剂与碳硅复合材料、superp导电剂按质量比1:8：1制备负极，且装配成cr2016型扣式电池，记为电池b。实施例3一种包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂的制备方法，具体步骤如下：1、将γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到去离子水中，加入醋酸调节ph至4.5，在室温下水解1h，其中硅烷偶联剂的固含量在0.5％；2、将滑石粉加入到步骤1所制备的溶液中，控制二氧化硅的固含量在2％，搅拌8h后，获得前驱体分散液；3、将聚丙烯酸加入到步骤2获得的前驱体分散液中(聚丙烯酸在前驱体分散液中的固含量是7％)，在60℃下搅拌2h，获得固含量为10％的水性交联型聚丙烯酸粘结剂。以物理混合的硅碳复合材料为负极，其中纳米硅与碳的质量比为1:9，锂片为正极，电解液型号为lbc301。以铜箔为集流体，使用实施例1所制备的粘结剂与碳硅复合材料、superp导电剂按质量比1:8：1制备负极，且装配成cr2016型扣式电池，记为电池c。实施例4一种包含无机物的水性交联型聚丙烯酸粘结剂的制备方法，具体步骤如下：1、将γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到去离子水中，加入醋酸调节ph至4.5左右，在室温下水解1h，其中硅烷偶联剂的固含量在1％；2、将滑石粉加入到步骤1所制备的溶液中，控制石英粉的固含量在2％，搅拌8h后，获得前驱体分散液；3、将聚丙烯酸加入到步骤2获得的前驱体分散液中(聚丙烯酸在前驱体分散液中的固含量是7％)，在70℃下搅拌2h，获得总固含量为10％的水性交联型聚丙烯酸粘结剂。以物理混合的硅碳复合材料为负极，其中纳米硅与碳的质量比为1:9，锂片为正极，电解液型号为lbc301。以铜箔为集流体，使用实施例1所制备的粘结剂与碳硅复合材料、superp导电剂按质量比1:8：1制备负极，且装配成cr2016型扣式电池，记为电池d。实施例1-4所得水性交联型聚丙烯酸粘结剂装配的cr2016型扣式电池通过蓝电系统测试其在200ma/g电流密度下充放电200圈后的容量保持率，如表1所示。表1电池编号200ma/g循环200圈后，容量保持率电池a91.7％电池b92.7％电池c92.5％电池d93.1％对比样84.5％以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页12