一种溶胀胶带基体材料、溶胀胶带和锂电池的制作方法

本发明属于溶胀胶带领域，具体涉及一种溶胀胶带基体材料、溶胀胶带和锂电池。

背景技术：

1、具有金属外壳的锂离子电池在组装时，电芯与壳体之间会存在一定的空隙，如果不能将电芯有效的固定在壳体内，当发生震动或者外部冲击之后电芯会在壳体内移动可能导致电池内部电阻的增大或者电极片的损坏，从而极大地劣化电池的性能。因此，在组装时，必须对空隙进行填充同时还要实现电芯与壳体的有效粘接。

2、锂离子电解液会填充电芯与壳体之间的空隙，但这并不能有效固定电芯，现有的解决方法是，将一种溶胀胶带贴于电芯表面，当胶带接触电解液时会发生溶胀并充满整个空隙，从而起到固定电芯、抵抗外部冲击的作用，极大地提升了电池的安全性能和使用寿命。

3、中国专利申请cn111995957a中公开了一种高膨胀倍率的定向聚苯乙烯溶胀胶带及其制备方法，其由单面离型的定向聚苯乙烯薄膜基体材料和丙烯酸酯胶层复合而成，此定向聚苯乙烯胶带受热易横向收缩折叠厚度增大、且在电解液中可吸收大量溶剂而发生三维立体式溶胀，膨胀倍率高于400％，将电芯与外壳间隙填充，此技术定向聚苯乙烯薄膜基体材料耐温性低，在电池厂家生产工艺中存在高温下时则造成收缩无法完全适用。中国专利申请cn112635910a中公开了一种复合膨胀膜及其制备方法和应用，其结构包含基层、第一粘合层、耐温层和第二粘合层，通过复合耐温层提升胶带耐温性，但其制造复杂、厚度不稳定等缺点。

4、目前所用锂电池溶胀胶带基体材料在溶胀性能和耐电解液溶解性能方面难以平衡，即具有良好溶胀性能的同时，高温易于溶解，使用寿命短，因此制备一种既具有优异溶胀性能，又具有良好耐溶解性能的锂电池用溶胀胶带具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术锂电池溶胀胶带基体材料在溶胀性能和耐电解液溶解性能方面难以平衡的问题，本发明的目的在于提供一种具有优异溶胀性能和耐电解液溶解性能的溶胀胶带基体材料及其制备的溶胀胶带和锂电池。

2、本发明提供一种溶胀胶带基体材料，包括耐温链段和溶胀链段，所述耐温链段的结构通式为式i，所述溶胀链段的结构通式为式ii：

3、

4、其中，r1、r2和r3均为亚烷基，所述耐温链段和溶胀链段的摩尔比为(1-4):1。

5、本发明溶胀胶带基体材料包含耐温链段和溶胀链段，耐温链段和溶胀链段的摩尔比为(1-4):1，使该基体材料既能够在锂电池电解液中既可以具有优异溶胀性能，又能在高温下保持一定的强度及外观形状，具有优异的耐电解液溶解性。

6、优选地，所述r1包括c2-c4亚烷基，所述r2包括c2-c4亚烷基，所述r3包括c3-c4亚烷基。

7、本方案限定所述r1包括c2-c4亚烷基，所述r2包括c2-c4亚烷基；所述r3包括c3-c4亚烷基，其中r1包括c2-c4亚烷基，耐温链段的脂肪烃基链段含量较少，脂肪烃基链段不易断裂，可以进一步提高溶胀胶带基体材料的耐温性能；再者，所述r2包括c2-c4亚烷基，所述r3包括c3-c4亚烷基，则溶胀链段中的酯基含量较高，可以进一步提高溶胀胶带基体材料的溶胀性能。

8、进一步优选地，所述r1包括c2-c4的直链亚烷基，所述r2包括c2-c4的直链亚烷基；所述r3包括c3-c4的直链亚烷基。

9、优选地，所述耐温链段的质量百分含量为50wt％～80wt％，所述溶胀链段的质量百分含量为20wt％～50wt％。

10、优选地，制备所述溶胀胶带基体材料的方法包括如下步骤：

11、(1)惰性气体条件下，令对苯二甲酸和脂肪醇在160～180℃的反应温度下进行预聚合反应，得到耐温链段预聚体；

12、(2)惰性气体条件下，向所述耐温链段预聚体中加入直链型二酸二醇酯，然后使反应体系在反应温度为230～250℃、反应压力不低于5mpa的反应条件下发生酯化反应，制得所述溶胀胶带基体材料。

13、本方案的制备方法通过先令对苯二甲酸和脂肪醇进行预聚合反应得到预聚体(即为耐温连段)，再将预聚体和直链型二酸二醇酯(即为溶胀链段)进行酯化反应，得到的溶胀胶带基体材料聚合物的结构式和分子量相似度高，一致性高，使溶胀胶带基体材料具有优异的溶胀性能和在高温下良好得到耐溶解性能。再者，本方案限定酯化反应的温度为230～250℃，既可以确保合适的酯化反应速率和转化率，又可以避免速度太快引起的爆聚，进一步提高酯化反应后聚合物化学结构式和分子量一致性，使溶胀胶带基体材料具有优异的溶胀性能和在高温下良好得到耐溶解性能。

14、优选地，步骤(1)中，所述脂肪醇包括乙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇中的一种以上。

15、优选地，步骤(1)中，所述预聚合反应的时间为5-8h。

16、进一步优选地，步骤(1)中，所述预聚合反应的时间为6h。

17、优选地，步骤(2)中，所述直链型二酸二醇酯包括聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丙二醇酯、聚戊二酸丙二醇酯中的一种以上。

18、优选地，步骤(2)中，所述酯化反应还包括酯化催化剂，所述酯化催化剂包括钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、二氧化锗、三氯化铋、乙酰丙酮锆、乙酰丙酮镧中的一种以上。

19、优选地，步骤(2)中，向所述耐温链段预聚体中加入直链型二酸二醇酯，还包括加温至200-210℃将耐温链段预聚体和直链型二酸二醇酯熔融搅拌均匀后，再进行酯化反应。

20、本方案中限定将耐温链段预聚体中加入直链型二酸二醇酯后，先加温至200-210℃熔融搅拌均匀后，再进行酯化反应，可以使耐温链段预聚体和直链型二酸二醇均匀混合，进一步提高酯化反应后聚合物化学结构式和分子量一致性，使溶胀胶带基体材料具有优异的溶胀性能和在高温下良好得到耐溶解性能。

21、优选地，步骤(2)中，按照加入聚对苯二甲酸二醇酯和直链型二酸二醇酯的总质量计，所述酯化催化剂的加入量为700-1000ppm。

22、进一步优选地，步骤(2)中，按照加入聚对苯二甲酸二醇酯和直链型二酸二醇酯的总质量计，所述酯化催化剂的加入量为800ppm。

23、优选地，步骤(2)中，所述反应的时间为8-12h。

24、进一步优选地，步骤(2)中，所述反应的时间为10h。

25、本发明提供一种溶胀胶带，包括所述溶胀胶带基体材料。

26、优选地，溶胀胶带中，所述溶胀胶带基体材料制备成厚度为25μm～200μm的基层制件。

27、优选地，所述溶胀胶带还包括与所述溶胀胶带基体材料相复合的胶层。

28、优选地，所述胶层的厚度为1～20μm。

29、优选地，所述胶层，按质量分数计，包括如下原料：

30、胶材料：90～99％；

31、固化剂：0～2％；固定剂在胶层中起到交联作用。

32、其他助剂：0～10％。

33、优选地，所述固化剂包括环氧型固化剂。

34、优选地，所述胶材料包括橡胶型压敏胶、树脂型压敏胶中的一种以上。

35、所述树脂型压敏胶包括聚丙烯酸压敏胶。

36、优选地，所述聚丙烯酸压敏胶包括热固型聚丙烯酸类共聚物，所述热固型聚丙烯酸类共聚物包括可交联官能团的可共聚单体和(甲基)丙烯酸烷基酯单体。可交联官能团的可共聚单体可以与(甲基)丙烯酸烷基酯单体进行共聚，并且可以在共聚反应后向聚合物主链提供能够与多官能交联剂反应的交联点。

37、优选地，所述(甲基)丙烯酸烷基酯单体中的烷基碳原子数为4以上。更为优选地，所述(甲基)丙烯酸烷基酯单体中的烷基碳原子数为6-18。

38、优选地，所述(甲基)丙烯酸烷基酯单体中烷基包括2-乙基己基、异壬基中的一种以上。

39、优选地，所述可交联官能团的可共聚单体中的可交联官能团包括羟基、羧基、异氰酸酯基、酰胺基中的一种以上。

40、优选地，所述可交联官能团的可共聚单体包括含有羟基的(甲基)丙烯酸酯的单体。

41、优选地，所述含有羟基的(甲基)丙烯酸酯的单体包括(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯、(甲基)丙烯酸羟己酯、(甲基)丙烯酸羟辛酯中的一种以上。更为优选地，所述含有羟基的(甲基)丙烯酸酯的单体包括(甲基)丙烯酸羟丙酯。

42、所述橡胶型压敏胶包括异戊二烯橡胶、聚异丁烯橡胶、丁基橡胶、乙烯-丙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯橡胶、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种以上。

43、优选地，所述其他助剂包括增粘剂、颜料、填充剂、抗氧化剂中的一种以上。

44、优选地，所述增粘剂包括松香树脂、石油树脂、氢化松香树脂、氢化石油树脂、萜烯树脂、氢化萜烯树脂、酚醛树脂中的一种以上。

45、优选地，所述溶胀胶带的制备方法包括：将胶材料、固化剂、助剂混合均匀后用行星搅拌机搅拌得到，搅拌转速在100转/分钟～600转/分钟，搅拌时间15min～40min。将得到的混合溶液用刮刀/微凹的涂布方式涂布在离型膜上，经过烘干后与基层贴合得到溶胀胶带。

46、本发明还提供一种锂电池，包括所述溶胀胶带。

47、优选地，所述锂电池还包括电解液，所述电解液中的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯以及碳酸二乙酯中的一种以上；所述电解液中的电解质盐包括lipf6、libf4、lisbf6、liasf6、licf3so3、lin(cf3so2)3、li(cf3so2)2n、lic4f9so3、liclo4、lialo4、lialcl4、lin(cxf2x+1so2)(cyf2y+1so2)(在此，x和y为自然数)、licl、lii、二草酸硼酸锂中的一种以上。

48、与现有技术相比，本发明具有的益效果为：本发明的通过设计材料链段(包括耐温链段与溶胀链段)和配比制备得到具有优异溶胀性能和耐电解液溶解性的溶胀胶带基体材料。耐温链段提供给基体材料结构方面耐温性能，溶胀链段提供给电解液的溶入链段的性能，溶胀链段过高的基体材料，很容易在电解液中溶解，导致材料在浸泡电解液后力学性能过差的问题，耐温链段过高的情况下，会严重影响电解液的溶入，导致溶胀性能过低，从而无法使用。本发明平衡耐温性与溶胀性能，借助酯交换反应，将耐温链段与溶胀链段实现良好的共聚，并形成具有良好耐温性与溶胀性能的平衡的基体材料。