一种锂离子电池用水性粘合剂、制备方法及其用图_3

文档序号:9410979阅读:来源:国知局
为乳液质量的0.5~15%。
[0073]优选地,步骤(a)中,所述无机纳米粒子质量分数为分散剂固体质量的0. 1~ 25wt%。
[0074] 优选地,步骤(a)中,利用乳化分散机在300~3000rpm转速下进行不少于20min 分散,优选进行28~lOOmin分散,进一步优选进行30~60min分散,以使无机纳米粒子分 散。
[0075] 优选地,步骤(a)聚合反应时间为3~6h。
[0076]优选地,步骤(a)和步骤(b)均独立地在30~90°C,优选60~90°C的条件下加 入共聚单体和引发剂,并发生聚合反应。
[0077]优选地,所述引发剂为有机过氧化物引发剂、无机过氧化物引发剂或者氧化还原 引发剂中的任意一种或至少两种的组合。
[0078]优选地,所述有机过氧化物引发剂选自过氧化苯甲酰或/和过氧化二异丙苯。
[0079]优选地,所述无机过氧化物引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾。
[0080] 优选地,所述氧化还原引发剂选自过硫酸铵/亚硫酸钠的组合,或者过硫酸铵/亚 硫酸氢钠的组合。
[0081] 优选地,所述引发剂的质量为(甲基)丙烯酸酯类单体、不饱和羧酸单体、乙烯 基经类单体以及任选地其他可共聚单体总质量的〇. 1~2wt%,例如0. 3wt%、0. 5wt%、 0? 7wt%、0? 9wt%、1.lwt%、1. 3wt%、1. 5wt%、1. 7wt% 或 1. 9wt%。
[0082] 优选地,步骤(b)中(甲基)丙烯酸酯类单体、不饱和羧酸单体、乙烯基烃类单体 以及任选地其他可共聚单体的质量占(甲基)丙烯酸酯类单体、不饱和羧酸单体、乙烯基 烃类单体以及任选地其他可共聚单体总质量的15~85wt%。所述(甲基)丙烯酸酯类单 体、不饱和羧酸单体、乙烯基烃类单体以及任选地其他可共聚单体总质量即,步骤(a)和步 骤(b)加入的(甲基)丙烯酸酯类单体、不饱和羧酸单体、乙烯基烃类单体以及任选地其他 可共聚单体的质量总和。若本发明控制步骤(b)中所加入单体质量分数在上述范围内,则 使得粘合剂具有优异的韧性和粘结强度。步骤(b)中所加入单体所占质量分数过高,则粘 合剂韧性变差;但质量分数过低,则粘结强度减小。
[0083]优选地,所述方法还包括:聚合反应结束后,调节复合乳液pH的过程,优选调节复 合乳液pH至6~10的过程。
[0084] 优选地,该pH调节过程可以通过碱中和实现。
[0085] 碱中和所采用的碱性化合物为本领域技术人员所熟知的所有碱性化合物,特别使 用在干燥和固化过程中不挥发的碱性化合物,如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢 钠,并配置质量分数为10~30%的溶液。
[0086]优选地,所述无机-有机种子复合乳液玻璃化转变温度为-30~90°C,进一步优选 为-25 ~30°C。
[0087]优选地,所述无机-有机复合乳液乳胶粒子粒径为50~300nm。
[0088]优选地,所述无机-有机复合乳液玻璃化转变温度为-30~90°C,进一步优选 为-15 ~90°C。
[0089]优选地,所述锂离子电池用水性粘合剂的制备方法,包括以下步骤:
[0090] (1)水溶性纤维素与两亲性共聚物的共聚单体通过自由基聚合制备分散剂;
[0091] (2)向无机纳米粒子的醇水混合液中加入硅烷偶联剂,并用氨水调节pH至8-10, 于20~70°C搅拌反应3~24h,得到表面改性的无机纳米粒子(含有可聚合双键);
[0092] (3)将步骤⑵得到的无机纳米粒子加入含占(甲基)丙烯酸酯类单体、不饱和 羧酸单体、乙烯基烃类单体以及任选地其他可共聚单体总质量的2~15%分散剂的去离子 水溶液中,并用乳化分散机在800~3000rpm转速下进行不少于20min分散,在60~90°C 下,加入(甲基)丙烯酸酯类单体、不饱和羧酸单体、乙烯基烃类单体以及任选地其他可共 聚单体和引发剂,搅拌聚合反应3~6h,制备无机-有机种子复合乳液;
[0093] (4)在60~90°C下,向步骤(3)得到的无机-有机种子复合乳液中,加入(甲基) 丙烯酸酯类单体、不饱和羧酸单体、乙烯基烃类单体以及任选地其他可共聚单体和引发剂, 搅拌聚合反应;
[0094] (4)碱中和,得到pH为6-10的无机-有机复合乳液,即锂离子电池用水性粘合剂。
[0095] 本发明的目的之三在于提供一种如上所述的锂离子电池用水性粘合剂的用途,其 用于锂离子电池。
[0096] 与已有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0097] 本发明采用水溶性纤维素接枝两亲性共聚物作为分散剂时,可以使粘合剂成膜时 避免纳米粒子团聚,同时起到增韧和提高粘结强度的作用。同时,水溶性纤维素具有一定增 强增韧性,使得本发明的水性粘合剂具有优异的抗拉伸性能。
[0098] 此外,本发明的无机纳米粒子经硅烷偶联剂进行表面改性,可聚合形成网状结构, 提高粘结强度和耐溶剂性,从而赋予粘合剂对应力的均匀分散性能。同时,刚性的无机纳米 粒子内核结构赋予粘合剂一定的耐高温性能。此外,多层核壳型结构赋予粘合剂的粘结力 和柔韧性。
【附图说明】
[0099] 图1是实施例1表面改性纳米二氧化硅SEM图;
[0100] 图2是是实施例3粘合剂的DSC图。
【具体实施方式】
[0101] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0102] 实施例1
[0103] 无机纳米粒子表面改性:取20质量份平均粒径50nm的二氧化硅分散于乙醇和去 离子水混合液中,室温搅拌下,加入氨水调节pH为8~10,加入2质量份的乙烯基三乙氧基 硅烷,升温至70°C反应lh后降至室温,得到表面改性的纳米二氧化硅。
[0104] 分散剂的制备:取2. 5质量份羟乙基纤维素溶于250质量份去离子水中,升温至 75°C,预先用20%的碱性氢氧化锂水溶液中和至pH= 5~8,加入0. 6质量份的过硫酸铵, 加入2质量份的亲水单体对苯乙烯磺酸钠、8质量份的甲基丙烯酸、10质量份的疏水单体丙 烯酸丁酯、〇. 06质量份的交联单体丙烯酸缩水甘油酯。
[0105] 无机-有机种子复合乳液:于50质量份的去离子水中,加入250质量份上述制备 的分散剂溶液,加入2质量份的表面改性二氧化硅,800rpm下乳化分散30min,升温至70°C 搅拌下,加入含100质量份的甲基丙烯酸甲酯(MMA)40w%、丙烯酸丁酯(BA) 58w%和丙烯酸 (AA) 2w%混合单体,并加入0. 6质量份的过硫酸铵,反应6小时,得到无机-有机种子复合 乳液。
[0106] 无机-有机复合乳液:于50质量份的去离子水中加入50质量份的无机-有机 种子复合乳液(以乳液中聚合物质量计),75°C下,加入100质量份的甲基丙烯酸甲酯 (MMA)56. 6w%,丙烯酸丁酯(BA)42. 2w%以及甲基丙烯酸(MAA)1.2w%混合单体,核壳单体 质量比为1:2(所述核壳单体质量比即,种子乳液的质量与后续加入单体的质量比),聚合 反应6小时,得到无机-有机复合乳液。
[0107] 以质量分数为10%的氢氧化锂溶液中和,得到固含量40%的无机-有机复合乳 液。
[0108] 电池极片的制作
[0109] 将上述实施例中所述的粘合剂用于娃基/石墨复合负极材料极片的制作。
[0110] 作为硅基/石墨复合负极材料,优选SiOx/C或含有Si及C的Si-C复合材料与天 然石墨或人造石墨进行复合制备。
[0111] 本发明,优选地使用克容量为480mAh/g的硅基/石墨复合负极材料。
[0112] 硅基复合负极材料质量分数为92. 0w%,导电添加剂4. 0w%,增稠剂羧甲基纤维 素钠(记为CMC)质量分数为2w%,以固含量计质量分数为2w%的实施例所述的水性粘合 剂(记为PAA),按照总固体成份为45%的比例加入适量去离子水,制成电池极片浆料。将 分散均匀的浆料过100目筛网后,涂布于作为集流体的10ym厚铜箱上,120°C干燥5分钟 后,室温下以10X104N/m的单位长度载荷压延而获得电极极片。
[0113] 实施例2
[0114] 除了制备分散剂时采用羧甲基纤维素钠之外,以与实施例1相同方式制备水性粘 合剂。
[0115] 实施例3
[0116] 除了制备分散剂时使用10质量份的亲水单体丙烯酸、10质量份的疏水单体丙烯 酸丁酯作为单体之外,以与实施例1相同方式制备水性粘合剂。
[0117] 实施例4
[0118] 除了制备分散剂时使用12质量份的亲水单体对苯乙烯磺酸钠、18质量份的亲水 单体甲基丙烯酸、20质量份的疏水单体丙烯酸丁酯为单体之外,以与实施例1相同方式制 备
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