[發(fā)明專利]一種鋰電池水性環(huán)保粘結(jié)劑的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611211706.8
• 申請日: 2016-12-25
• 公開（公告）號: CN106784842A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛明月
• 申請（專利權(quán)）人: 常州市鼎日環(huán)保科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰電池水性環(huán)保粘結(jié)劑的制備方法，屬于電池粘結(jié)劑領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池的正負(fù)極主要由活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑組成，在鋰離子電池制備過程中，粘結(jié)劑的用量雖然不多，但粘結(jié)劑的粘結(jié)性和柔韌性可直接影響電池的質(zhì)量和使用性能。粘結(jié)劑是將電極的活性物質(zhì)粘附到正負(fù)極集流體上的高分子化學(xué)物，其作用主要是保持了活性材料和導(dǎo)電劑與集流體粘結(jié)作用，避免了電池充放電過程中脫落，減小電極和活集流體間的阻抗，可提高活性材料和集流體的電子傳導(dǎo)能力。因此，合適粘結(jié)劑的選擇對鋰離子的質(zhì)量和性能至關(guān)重要。

PVDF因其具有高的機(jī)械強(qiáng)度及寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口成為目前鋰離子電池正負(fù)電極中使用最廣泛的粘結(jié)劑。但對于充放電過程中體積變化較大的高比容量負(fù)極材料而言，PVDF粘結(jié)劑未必是最好的選擇。PVDF電極常常因?yàn)殡姌O的粉化、剝落及活性物質(zhì)間失去電子接觸等導(dǎo)致電極失效，循環(huán)容量急劇下降。粘結(jié)劑就好比連接活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體之間的繩栓，對于循環(huán)過程中體積變化較大

的合金負(fù)極而言，粘結(jié)劑必須具有足夠高的粘結(jié)強(qiáng)度及黏彈性，這樣才能夠應(yīng)對循環(huán)過程中反復(fù)的體積變化，保證電極結(jié)構(gòu)及電子通道的完整性，進(jìn)而提高電極的電化學(xué)性能。

目前鈦酸鋰鋰離子電池在實(shí)際生產(chǎn)中需要使用有機(jī)溶劑N-甲基吡咯烷酮（NMP）為溶劑，通過有機(jī)拉漿工藝進(jìn)行電極制備。但是PVDF不僅在有機(jī)溶劑中易溶脹且其電子離子導(dǎo)電性差；有機(jī)溶劑NMP易揮發(fā)、易燃易爆、且毒性大，同時鈦酸鋰鋰離子電池采用有機(jī)拉漿時，工藝要嚴(yán)格控制環(huán)境中的水分，造成工藝成本高環(huán)境壓力大，不符合綠色工業(yè)的發(fā)展要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：針對傳統(tǒng)聚偏氟乙烯作為粘結(jié)劑，電池充放電過程中活性物質(zhì)會脫落，導(dǎo)致電極失效，循環(huán)容量急劇下降，而且使用的有機(jī)溶劑易揮發(fā)、易燃易爆、且毒性大的問題，提供了一種鋰電池水性環(huán)保粘結(jié)劑的制備方法，本發(fā)明先將甲基化-β-環(huán)糊精糊化后和丙烯酸乳液的單體，在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的條件下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，得反應(yīng)液，再利用聚乙烯醇溶液和羧甲基纖維素進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)得凝膠，將反應(yīng)液和凝膠混合后加入聚氧化乙烯和過硫酸銨溶液，攪拌結(jié)束后即可得到鋰電池水性環(huán)保粘結(jié)劑。本發(fā)明制備得到的鋰電池水性環(huán)保粘結(jié)劑的分散效果好，電池容量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，能夠大倍率充放電，與活性物質(zhì)的粘結(jié)性好，避免了活性材料在集流體脫落或裂痕等，保證了活性物質(zhì)不膨脹、不松散、不脫粉，而且制備過程簡單，成本低，無環(huán)境污染。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取5～10g甲基化-β-環(huán)糊精加入三口燒瓶中，并向三口燒瓶中加入100～200g去離子水，放入水浴鍋中，升溫至70～80℃，保溫?cái)嚢杌旌?0～30min，攪拌后冷卻至40～50℃，隨后加入25～35g丙烯酸、10～15g丙烯酸乙酯、15～20g丙烯酸丁酯和3～5g聚乙二醇辛基苯基醚，攪拌混合15～20min后緩慢滴加4～6mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氫氧化鈉溶液，控制在5～10min滴完，滴加的同時進(jìn)行攪拌；

（2）待上述滴加完成后，升高溫度至65～75℃，分別加入1～3g季戊四醇三烯丙基醚和5～7g質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%過硫酸鉀溶液，攪拌反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，出料，得反應(yīng)液，備用；

（3）稱取25～30g聚乙烯醇加入燒杯中，向燒杯中加入100～120mL去離子水，放入水浴中加熱至90～95℃，攪拌至聚乙烯醇溶解，得聚乙烯醇溶液，將聚乙烯醇溶液移入三口燒瓶中，并向三口燒瓶中加入8～10g羧甲基纖維素，加熱至50～60℃后保溫?cái)嚢?0～30min，攪拌后依次加入60～80mL丙三醇和5～7mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%戊二醛溶液，攪拌混合50～60min后冷卻至室溫，靜置15～20min后出料，得凝膠；

（4）將上述凝膠和步驟（1）備用的反應(yīng)液按質(zhì)量比1:5混合，攪拌混合均勻后加入10～15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%鹽酸溶液，攪拌混合10～15min后放入水浴鍋中，加熱至50～60min，在此溫度下加入凝膠質(zhì)量1.2～1.5倍的聚氧化乙烯和凝膠質(zhì)量1～2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%過硫酸銨溶液，放入水浴鍋中，加熱至40～50℃，攪拌反應(yīng) 40～50min，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，得粘稠液，即可得到鋰電池水性環(huán)保粘結(jié)劑。