[發明專利]一種鋰電池粘結劑專用聚偏氟乙烯的制備方法

在審

• 申請號: 201410842426.1
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104530276A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 王漢利;劉煒洪;李秀芬;唐妮;王軍
• 申請（專利權）人: 山東華夏神舟新材料有限公司
• 主分類號: C08F114/22
• 分類號: C08F114/22;C08F2/38;H01M4/62
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

技術領域

本發明涉及一種鋰電池粘結劑專用聚偏氟乙烯的制備方法，屬于有機化工技術領域。

技術背

近年來，電子技術飛速發展，各種設備正不斷向小型化和輕型化的方面發展，隨著電子設備的發展方向，作為電子設備的電源也隨之向小型化、輕型化發展。鋰離子電池由于具有能量密度高、質量輕、自放電小、循環壽命長、貯存壽命長、工作電壓平穩、無記憶效應、安全性能高、環境污染小等一系列突出優點，目前已廣泛應用于手機、筆記本計算機、攝像機等新型便攜式通信、電子產品上。

鋰電池的電極是由炭素材料及鋰的氧化物等活性物質、導電劑經粘結劑涂布在集電體表面形成。即將活性物質等分散到高分子溶液或高分子分散液后，涂布在集電體表面，鋰電池中極片對電池性能的影響非常大，在對鋰電池進行充放電過程中，由于鋰離子在正負極間來回穿插，會導致正/負極活性物質脫落，甚至同集流體相分離，從而使得電池出現容量降低，循環壽命減小。所以對電池極片的控制是直接影響到電池性能的關鍵因素，其中極片的控制中以極片上活性物質之間的粘結強度及活性物質與基底的粘結強度最為重要，因此，鋰電池用粘結劑是制造鋰電池的重要材料之一,可直接影響其性能。

用作粘結劑的高分子要求有以下特性：(1)制備電池時，含活性物質的涂膜不會從集電體上脫開，不會產生裂痕，粘結性強，(2)不會溶解在用做電解液的有機溶劑中，(3)經反復充放電，涂膜不會從集電體上脫開，不產生裂痕，粘結性強，(4)用量少就有足夠的粘結強度，(5)不與電解質反應。

鋰電池用的粘結劑的種類很多，多數采用聚偏氟乙烯(PVDF)，在制備極片涂布用漿料時，首先要將聚偏氟乙烯直接溶解于有機溶劑中制備成膠液，或者將聚偏氟乙烯粉末與其他物質共混然后溶解于有機溶劑中，聚偏氟乙烯在有機溶劑中的溶解速度直接影響漿料的加工周期，應用于鋰離子電池粘結劑的聚偏氟乙烯除了對粘結性能有要求外，對其他方面也有嚴格的要求，比如雜質含量，電化學穩定性，柔韌性等。目前市面上的聚偏氟乙烯鋰電池粘結劑產品存在的普遍問題是分子量分布較寬，以同樣百分含量的PVDF溶液粘度來看，分子量分布窄的具有相對較高的粘度，也就是說具有相對較高的粘結性能。另外，聚偏氟乙烯為半結晶性聚合物，結晶度一般為40％左右，結晶溫度在140℃附近，對于PVDF結晶度來說，一方面，結晶度越高，離子在遷移就越困難，容易導致電池內阻升高，另一方面，聚偏氟乙烯的結晶度越高，離子在極片中遷移就越困難，導致電池內阻升高，同時結晶度越高電極內部應力使電極活性物質從集電體上部分或全部剝離，引起容量變劣，因此，合適的結晶度對電池性能有一定的影響。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種鋰電池粘結劑專用聚偏氟乙烯的制備方法。本發明的制備方法工藝簡單，危險性小，選擇性高，制備出的聚偏氟乙烯分子量高、分子量分布窄、電化學穩定性能好、純度高、柔韌性好的優點，滿足了鋰電池的需求。

本發明的技術方案如下：

一種鋰電池粘結劑專用聚偏氟乙烯的制備方法，包括步驟如下：

(1)向反應釜中加入水及乳化劑，抽真空，置換至反應釜內氧含量≤20ppm，

(2)升溫至82～125℃，加入偏氟乙烯單體，反應釜升壓至2.0～4.2Mpa，攪拌，加入引發劑及分子量調節劑，引發劑首次的加入量占步驟(1)中水重量的0.005～0.1wt％，所述的分子量調節劑為丙二酸二乙酯，分子量調節劑加入量為步驟(1)中水重量的0.005～0.05％，保持溫度、壓力，開始聚合反應，

(3)反應過程中保持釜內溫度為82～125℃，壓力為2.0～4.2Mpa，聚合反應過程中補加引發劑及不斷補加偏氟乙烯單體，當單體反應量達到預定重量時，停止反應，分離回收未反應的偏氟乙烯單體，過濾剩余產品、烘干，即得聚偏氟乙烯。

本發明優選的，所述的乳化劑為全氟辛酸或全氟辛酸替代品，乳化劑加入量為體系中水重量的0.05～0.5wt％。全氟辛酸或全氟辛酸替代品均為常規市購產品。

本發明優選的，步驟(1)中通過通入氮氣置換，使反應釜內氧含量≤20ppm。

本發明優選的，所述的引發劑為過硫酸鹽或二叔丁基過氧化物DTBP，所述的過硫酸鹽過硫酸鉀、過硫酸銨或過硫酸鈉，本發明優選的，引發劑為過硫酸銨。

本發明優選的，分子量調節劑加入量為步驟(1)中水重量的0.01～0.04％。

本發明優選的，步驟(2)中反應溫度為89-120℃，釜內壓力為2.0-3.5Mpa，進一步優選，反應溫度為90-110℃，釜內壓力為2.8-3.2Mpa。