一种锂离子电池浆料用的分散助剂及其应用的制作方法

1-基、丁-2-烯-1-基、丁-3-烯-1-基、1-甲基丁-3-烯-1-基和1-甲基丁-2-烯-1-基。
13.本发明的分散助剂是由聚丙二醇、聚乙二醇以及与r相对应的醇、酸或酚类聚合而成，可参照如下反应过程获得：
14.roh+ho-(ch2ch2o)
n-h
→
ro-(ch2ch2o)
n-h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
15.oh-(ch2ch2ch2o)
m-h+ch3cooh
→
ch3coo-(ch2ch2ch2o)
m-h
ꢀꢀ
(2)
16.ro-(ch2ch2o)
n-h+ch3coo-(ch2ch2ch2o)
m-h
→
ro-(ch2ch2o)n(ch2ch2ch2o)mh+ch3cooh (3)
17.(1)聚乙二醇与roh在浓硫酸催化作用下，有机溶剂存在的条件下于30-35℃搅拌条件下发生缩合脱水反应，聚乙二醇与roh的摩尔比为(0.6-0.8)：1，生成聚乙二醇单醚；
18.(2)聚丙二醇与醋酸在浓硫酸催化作用下，有机溶剂存在的条件下于25-30℃搅拌条件下发生酯化脱水反应，聚丙二醇与醋酸的摩尔比为1：(1.1-1.2)，生成羧基封端的聚丙二醇；
19.(3)聚乙二醇单醚与羧基封端的聚丙二醇于干燥的容器内，以四氢呋喃为溶剂，在缩合剂存在的条件下，于惰性氛围中，25-40℃条件下搅拌反应2-3天，聚乙二醇单醚与羧基封端的聚丙二醇的摩尔比为1:1，即得ro-(ch2ch2o)n(ch2ch2ch2o)mh。
20.本发明所要求保护的锂电池浆料用分散助剂的作用原理如下：
21.该聚醚链段的两端分别为亲水基和亲油基，在浆料中可形成有效的空间位阻，防止固体颗粒沉降，进而使浆料的粘度下降，有效抑制凝胶，从微观界面看，亲水基和亲油基能够有效降低固液界面的表面张力，提高润湿渗透性能，提高电极活性物质的固含量和涂布方便性，有利于电极活性物质、导电碳等颗粒的均匀分散，进而提高电池的性能。
22.本发明提供的分散助剂的有益效果是：
23.(1)本发明的助剂是根据锂电池浆料中材料的特点专门设计的，能够在保证锂电池的导电性能不受影响的前提下，降低颗粒二次聚集的风险，改善浆料的流动性，进而降低极片的电阻，提高电池的克容量，降低电池交流内阻；
24.(2)本发明的分散助剂属于中性助剂，正极浆料和负极浆料均可适用，适用范围更广泛。
25.(3)本发明的分散助剂使用方便，不需要匹配特殊的制浆工艺，在原有制浆工艺的基础上按比例加入本发明的分散助剂即可达到分散降粘效果，不需额外增加工艺成本。
26.本发明还要求保护一种锂离子电池用浆料，包含上述的分散助剂。
27.优选的，浆料中还包含电极活性物质和导电剂，所述电极活性物质为正极活性物质或负极活性物质。
28.优选的，正极活性物质为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝酸锂三元材料中的一种或几种；负极活性物质为石墨、硬碳、软碳、mcmb(中间相炭微球)、石墨烯、硅或钛酸锂，导电剂为炭黑或碳纳米管中的一种或二者的复配。
29.优选的，当浆料应用于正极时，所述浆料中还包含粘结剂和有机溶剂，粘结剂为聚偏氟乙烯，有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮，当浆料应用于负极时，所述浆料中还包含粘结剂、增稠剂或水，粘结剂为sbr(丁苯橡胶)。
30.本发明还要求保护一种锂离子电池用极片，所述极片的表面涂覆有前述的锂离子电池用浆料。
31.本发明还要求保护一种锂离子电池，包含前述的锂离子电池用极片。
具体实施方式
32.以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
33.实施例中使用的分散助剂的结构式介绍如下：
[0034][0035]
实施例1：应用于正极浆料中的效果
[0036]
实验组1-6和对照组1的锂电池正极浆料的具体制备步骤如下：
[0037]
1)将粘结剂和有机溶剂混合搅拌均匀，得到胶液a；
[0038]
2)将前述的分散剂a-f分别加入到上述胶液a中并搅拌均匀，得到胶液b；
[0039]
3)将导电剂加入到胶液b中，得到导电剂浆料；
[0040]
4)将正极活性物质加入到导电剂浆料中，得到正极浆料。
[0041]
上述方法中各个原料的重量比为，正极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂＝93:3:3:1；其中正极活性物质为湖南裕能新能源电池材料股份有限公司生产的磷酸铁锂，导电剂为导电炭黑和碳纳米管按质量比1:1混合而成，粘结剂为聚偏氟乙烯，有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮，实施例1-6中使用的分散剂分别为分散剂a、分散剂b、分散剂c、分散剂d、分散剂e和分散剂f。
[0042]
对照组1中未添加分散剂，浆料其他组分与实验组1-6相同。
[0043]
分别取刚刚配好的浆料测试，静置24小时后的浆料搅拌1min后测试，使用力辰nd-10旋转粘度计，使用2#转子，将转子插入待测浆料中，测试转速为100rpm，时间为60s，使用多点取平均值的方式得出浆料的粘度值，测试结果见表1。
[0044]
表1实验组1-6和对照组1的浆料粘度和固含量
[0045]
[0046]
由表1中的数据可以看出，实验组1-6中加入本发明的分散剂后，相对对照组1来说，新鲜制备的浆料固含量提高4-6％，在24h后对照组1的浆料凝胶，而实验组1-6的浆料仍然流动性良好，表明本发明的分散助剂对于正极浆料具有良好的分散效果。
[0047]
实施例2：应用于负极浆料中的效果
[0048]
实验组7-12和对照组2的锂电池负极浆料的具体制备过程如下：
[0049]
1)将增稠剂与去离子水加入到真空搅拌机中，搅拌4-5h后搁置，制得增稠剂胶料a；
[0050]
2)后向增稠剂胶料a中加入导电剂，继续真空搅拌1.5-2.5h，得到胶料b；
[0051]
3)向胶料b中加入负极活性物质和分散剂，真空搅拌3-4h，后向其中加去离子水调整粘度，继续搅拌1h左右，得胶料c；
[0052]
4)向胶料c中加入粘结剂，继续真空搅拌30-45min，过筛出料后得到负极浆料。
[0053]
其中，各个原料的重量比为，负极活性物质：导电剂：增稠剂：分散剂：粘结剂＝92:4:1.5:1.5：1；负极活性物质为石墨，导电剂为导电炭黑和碳纳米管按质量比1:1混合而成，增稠剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯橡胶，分散剂分别为分散剂a、分散剂b、分散剂c、分散剂d、分散剂e和分散剂f。
[0054]
对照组2中未添加分散剂，浆料其他组分与实验组7-12相同。
[0055]
分别取刚刚配好的浆料测试，静置24小时后的浆料搅拌1min后测试，使用力辰nd-10旋转粘度计，使用2#转子，将转子插入待测浆料中，测试转速为100rpm，时间为60s，使用多点取平均值方式，得出浆料的粘度值，测试结果见表2。
[0056]
表2实验组7-12和对照组2的浆料粘度和固含量
[0057][0058]
由表2中的数据可以看出，在实验组7-12的负极浆料中加入本发明的分散助剂后，与对照组2相比，新鲜制备的浆料固含量提高3-5％，初始粘度略有提升，在24h后对照组2的浆料凝胶，而实验组7-12的浆料仍然流动性良好，表明本发明的分散助剂对于负极浆料同样具有良好的分散效果。
[0059]
实施例3：正极浆料的对比实验效果
[0060]
实验组13-14和对照组3-5的锂电池正极浆料的制备方法如下：
[0061]
1)将粘结剂和有机溶剂混合搅拌均匀，得到胶液a；
[0062]
2)将分散剂加入到上述胶液a中并搅拌均匀，得到胶液b；
[0063]
3)将导电剂加入胶液b中，得到导电剂浆料；
[0064]
4)将正极活性物质加入到导电剂浆料中，得到正极浆料。
[0065]
其中，各个原料的重量比为，正极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂＝92:3.5:3.5:1；正极活性物质为湖南裕能新能源电池材料股份有限公司生产的磷酸铁锂，导电剂为导电炭黑和碳纳米管按质量比1:1混合而成，粘结剂为聚偏氟乙烯，有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮，实验组13和14的分散剂分别为分散剂b和分散剂c，对照组3的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，对照组4的分散剂为亚磷酸三乙酯，对照组5的分散剂为曲拉通x。
[0066]
分别取刚刚配好的浆料测试，静置24小时后的浆料搅拌1min后测试，使用力辰nd-10旋转粘度计，使用2#转子，将转子插入待测浆料中，测试转速为100rpm，时间为60s，使用多点取平均值方式，得出浆料的粘度值，测试结果如表3所示。
[0067]
表3实验组13-14和对照组3-5的浆料粘度和固含量
[0068][0069]
由表3中的数据可以看出，应用本发明的分散剂与其他现有的分散剂相比，所得正极浆料的固含量相对更高，且放置24h后所得的浆料粘度明显降低，具有显著的改善浆料流动性的效果。
[0070]
实施例4：负极浆料的对比实验效果
[0071]
实验组15-16和对照组6-8的锂电池负极浆料的具体制备过程如下：
[0072]
1)将增稠剂与去离子水加入到真空搅拌机中，搅拌4-5h后搁置，制得增稠剂胶料a；
[0073]
2)后向增稠剂胶料a中加入导电剂，继续真空搅拌1.5-2.5h，得到胶料b；
[0074]
3)向胶料b中加入负极活性物质和分散剂，后真空搅拌3-4h，向其中加去离子水调整粘度，后继续搅拌1h左右，得胶料c；
[0075]
4)向胶料c中加入粘结剂，继续真空搅拌30-45min，过筛出料后得到负极浆料。
[0076]
其中，各个原料的重量比为，负极活性物质：导电剂：增稠剂：分散剂：粘结剂＝93:3.5:1.5:1.5:0.5；负极活性物质为钛酸锂，导电剂为导电炭黑和碳纳米管按质量比1:1混合而成，增稠剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯橡胶，实验组15和16的分散剂分别为分散剂b和分散剂c，对照组6的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，对照组7的分散剂为亚磷酸三乙酯，对照组8的分散剂为曲拉通x。
[0077]
分别取刚刚配好的浆料测试，静置24小时后的浆料搅拌1min后测试，使用力辰nd-10旋转粘度计，使用2#转子，将转子插入待测浆料中，测试转速为100rpm，时间为60s，使用多点取平均值方式，得出浆料的粘度值，测试结果见表4。
[0078]
表4实验组15-16和对照组6-8的浆料粘度和固含量
[0079][0080]
由表4中的数据可以看出，应用本发明的分散剂与其他现有的分散剂相比，所得负极浆料的固含量相对更高，且放置24h后所得的浆料粘度明显更低，具有显著的改善浆料流动性的效果。
[0081]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。