一种粘结剂化合物及其制备方法与流程

本技术涉及锂电池，尤其涉及一种粘结剂化合物及其制备方法，以及包含该粘结剂化合物的极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着锂离子电池的应用范围日益广泛，其被应用于各种储能电源系统，因此人们对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。在研究中，人们发现，锂离子二次电池的性能(如，容量保持率等)会受到多种因素的影响，诸如，使用条件、极片、电解液、隔膜等。

2、就极片而言，极片的粘结力、导电性均会影响电池的容量保持率。因此，粘结剂作为锂离子二次电池制备中的重要组分，成为本领域研究的热点。

3、锂离子电池中常用的粘结剂通常可分为水系和油系两大类。以聚偏二氟乙烯(pvdf)为代表的油系粘结剂具有良好的粘结性、电化学和热力学稳定性以及可溶胀性，但其水不溶性导致其在用于极片浆料制备时必须采用有机溶剂，成本高且不环保。然而，以羧甲基纤维素钠(cmc-na)为代表的水系粘结剂，尽管由于其水溶性而可使用更为经济环保的水作为溶剂，但其粘结性能却略逊于油系粘结剂。

4、因此，本领域需要这样一种粘结剂——其兼具水溶性和油系粘结剂的诸如粘结性良好、化学性质稳定、可溶胀等优点中的一个或多个。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术提供了一种粘结剂化合物，其具有水溶性，并且粘结性良好、化学性质稳定、可溶胀。

2、具体来说，本技术提供了一种式(i)的粘结剂化合物、其制备方法，以及包含该粘结剂化合物的极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。

3、本技术的第一方面提供了一种式(i)的粘结剂化合物：

4、

5、其中，

6、r1、r2、r3各自独立地表示无取代或有取代基的碳原子数为1-6的直链或支链烷基，或无取代基或有取代基的碳原子数为6～20的芳基；

7、r4表示-coom；

8、r5表示桥氧基或桥亚氨基；

9、m各自独立地表示li、na、k、rb和cs中的一种；

10、z表示直链或支链的碳原子数为1-6的亚烷基；

11、m为选自7600-47000的整数；

12、n为选自1520-94000的整数；并且

13、m/n＝0.1-10。

14、由此，本技术提供了一种粘结剂化合物，其粘结性好、能溶于水、化学性质稳定，具备溶胀特性，能够提高极片离子电导、降低极化，进而改善二次电池的电芯性能(如，容量保持性能等)。

15、在任意实施方式中，式(i)中，r1和r3各自独立地表示无取代的碳原子数为1-6的直链或支链烷基；可选地，r1和r3各自独立地表示无取代的碳原子数为1-6的直链烷基。

16、在任意实施方式中，式(i)中，r2表示无取代的碳原子数为1-6的直链或支链烷基或苯基；可选地，r2表示无取代的碳原子数为1-6的直链烷基或苯基。

17、以上，通过进一步选择式(i)的粘结剂化合物的结构，进一步提高其粘结性、可分散性等，进而改善粘结效果。

18、在任意实施方式中，式(i)中，m为选自7600-30000的整数。

19、在任意实施方式中，式(i)中，n为选自1520-46000的整数；可选地，n为选自1520-18000的整数。

20、在任意实施方式中，式(i)中，m/n＝0.3-7.5；可选地，m/n＝0.5-7.5。

21、以上，通过进一步选择m、n和m/n，进一步改善粘结剂化合物的粘结性、可溶胀性、化学稳定性和易加工性，进而改善极片的导电率、降低极化，提高二次电池的电芯性能。

22、本技术的第二方面提供了一种式(i)的粘结剂化合物的制备方法，

23、

24、其中，

25、r1、r2、r3各自独立地表示无取代或有取代基的碳原子数为1-6的直链或支链烷基，或无取代基或有取代基的碳原子数为6～20的芳基；

26、r4表不-coom；

27、r5表示桥氧基或桥亚氨基；

28、m各自独立地表示li、na、k、rb和cs中的一种；

29、z表示直链或支链的碳原子数为1-6的亚烷基；

30、m为选自7600-47000的整数；

31、n为选自1520-94000的整数；并且

32、m/n＝0.1-10；

33、所述方法包括以下步骤：

34、(i)在式(ii)的链转移剂的存在下，使偏二氟乙烯单体发生聚合反应，得到式(iii)的聚合物：

35、

36、r1、r3、z和m分别如前述定义；

37、可选地，式(ii)的链转移剂为4-氰基-4-(丙基硫代碳酰)硫戊酸；

38、(ii)使式(iv)的葡萄糖丙烯酸衍生物与式(iii)的聚偏二氟乙烯发生聚合反应，得到式(i’)的聚合物：

39、

40、r1、r2、r3、z、m、n和m/n分别如前述定义，

41、r5表示桥氧基或桥亚氨基，

42、r6表示乙酰基；

43、(iii)使步骤(ii)中得到的聚合物与碱金属醇盐r7om反应，得到式(i)的粘结剂化合物：

44、

45、r7选自碳原子数为1-6的直链或支链烷基，可选地，选自甲基或乙基。

46、以上，提供了制备本技术的粘结剂化合物的方法。

47、在任意实施方式中，所述式(iv)的葡萄糖丙烯酸衍生物是由葡萄糖或6-氨基葡萄糖通过以下步骤得到的：

48、(1)使葡萄糖或6-氨基葡萄糖与第一保护试剂反应，以使其6-位上的伯羟基或伯氨基被第一保护基团保护；

49、(2)将步骤(1)的产物与乙酸酐反应，以使其1至4位上的羟基被乙酰基保护；

50、(3)使步骤(2)的产物脱去所述第一保护基团；

51、(4)使步骤(3)的产物与丙烯酰氯或其衍生物反应，得到式(iv)的葡萄糖丙烯酸衍生物。

52、在任意实施方式中，所述第一保护试剂是三苯基氯甲烷，所述第一保护基团是三苯甲基。

53、在任意实施方式中，所述步骤(3)是在溴化氢的存在下进行的。

54、以上，提供了式(iv)的葡萄糖丙烯酸衍生物的制备方法。并且，通过选择反应试剂和条件，在兼顾反应速率的前提下，较好地控制了副反应的发生，保证了合成产物的纯度。

55、本技术的第三方面提供一种极片，其包括集流体和设置于所述集流体至少一个表面上的极片材料层，其中，所述极片材料层包含本技术第一方面的粘结剂化合物或通过本技术第二方面的制备方法得到的粘结剂化合物。

56、在任意实施方式中，所述极片是负极极片。

57、在任意实施方式中，所述负极极片的极片材料层包括0.1-10重量％，可选地为0.5-3重量％的所述粘结剂化合物，基于所述极片材料层总重量计。将负极极片的负极材料层中所包含的粘结剂化合物的百分含量控制在上述范围内，在保证粘结剂化合物在其中的粘结效果的同时，使极片的活性材料含量适当、电阻较小、极化较小，使电芯具有适当的能量密度。

58、本技术的第四方面提供一种二次电池，其中，包括本技术第一方面的粘结剂化合物，或通过本技术第二方面的制备方法得到的粘结剂化合物，或本技术第三方面的极片。

59、本技术的第五方面提供一种电池模块，其中，包括第四方面的二次电池。

60、本技术的第六方面提供一种电池包，其中，包括第五方面的电池模块。

61、本技术的第七方面提供一种用电装置，其中，包括选自本技术第四方面的二次电池、第五方面的电池模块或第六方面的电池包中的至少一种。

62、本技术的粘结剂化合物粘结性好、能溶于水、化学性质稳定，具备溶胀特性；包含该粘结剂化合物的极片的离子电导高、极化小，进而能够改善二次电池的电芯性能(如，容量保持性能等)。