[發明專利]一種鋰硫電池用聚氨酯粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202011217400.X
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112390915B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 龔愛琴;陳娟;鄭秀豹;金黨琴;柏無瑕
• 申請（專利權）人: 揚州工業職業技術學院
• 主分類號: C08F283/00
• 分類號: C08F283/00;C08F220/20;C08G18/76;C08G18/44;C08G18/34;C08G18/12;H01M4/62
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 楊勝

本案涉及一種鋰硫電池用聚氨酯粘結劑及其制備方法，首先利用芳香族二異氰酸酯和聚碳酸酯二元醇制備聚氨酯預聚物，加水乳化；隨后加入丙烯酸羥丙酯、2?亞甲基?1,3?二氧環庚烷通過自由基聚合反應制得即得聚氨酯粘結劑。本發明選用芳香族二異氰酸酯與聚碳酸酯二元醇合成聚氨酯，苯環作為聚氨酯中的硬段，同時通過自由基聚合將酯鏈引入到聚合物中，為聚合物提供軟段，制得的粘結劑能夠有效束縛多硫化物鋰進而提高電池的穩定性；制備過程中未使用大量揮發性有機溶劑，且聚合物主干上引入酯基，使粘結劑具有一定的降解性，不會對環境造成污染，屬于環境友好型粘結劑。

技術領域

本發明涉及鋰電池粘結劑領域，具體為一種鋰硫電池用聚氨酯粘結劑及其制備方法。

背景技術

隨著人類社會的告訴發展，以化石燃料為基礎的工業發展正面臨著一系列的問題，人們亟需開發出高效、清潔的新能源。鋰離子電池是目前市場中應用最為廣泛的儲能裝置，其中，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池。單質硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環境友好等特點，是一種非常有前景的鋰電池。

但是，鋰硫電池的實現受到一些固有的缺陷，鋰電池中的電極通常由活性物質、導電劑和粘結劑三個部分組成。目前，商用的粘結劑主要采用聚偏氟乙烯，生產制造過程中需要使用大量揮發性有機化合物作為溶劑，且粘結劑大多不可降解，對環境影響較大。此外，聚氟乙烯鏈上的極性官能團在醚類電解液中與多硫化物之間的作用力弱也導致了電池的循環穩定性差。

發明內容

針對現有技術中的不足之處，本發明旨在開發一種經濟環保，能夠有效束縛多硫化物鋰進而提高電池的穩定性。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種鋰硫電池用聚氨酯粘結劑的制備方法，包括如下步驟：

S1：制備聚氨酯預聚物：將芳香族二異氰酸酯、聚碳酸酯二元醇和1-3滴二月桂酸二丁基錫加入到反應瓶中，升溫至80℃攪拌60min，分批次添加2,2-羥甲基丁酸，保溫反應3-4h；

S2：反應完后室溫冷卻，邊攪拌邊逐滴滴加三乙胺，繼續反應30min，隨后滴加去離子水乳化；

S3：乳化完成后加入丙烯酸羥丙酯，溶脹，升溫至80℃，加入2-亞甲基-1,3-二氧環庚烷，鼓吹氮氣，并緩慢滴加過硫酸鹽，滴加完畢后保溫反應2h，降溫、出料，即得聚氨酯粘結劑。

進一步地，所述芳香族二異氰酸酯為2,4-甲苯二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、萘二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種。

進一步地，所述聚碳酸酯二元醇的分子量為1000-2000g/mol。

進一步地，所述S1的反應過程中還需添加少量丙酮調節體系黏度。

進一步地，所述芳香族二異氰酸酯、聚碳酸酯二元醇、2,2-羥甲基丁酸、丙烯酸羥丙酯、2-亞甲基-1,3-二氧環庚烷的摩爾比為6:2:2～4:0.5～1:0.5～1。

一種如上所述的制備方法制得的鋰硫電池用聚氨酯粘結劑。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明選用芳香族二異氰酸酯與聚碳酸酯二元醇合成聚氨酯，苯環作為聚氨酯中的硬段，同時通過自由基聚合將酯鏈引入到聚合物中，為聚合物提供軟段，制得的粘結劑能夠有效束縛多硫化物鋰進而提高電池的穩定性；制備過程中未使用大量揮發性有機溶劑，且聚合物主干上引入酯基，使粘結劑具有一定的降解性，不會對環境造成污染，屬于環境友好型粘結劑。

具體實施方式

下面將結合實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。